理想封装
随着过去几年低压硅MOSFET性能的不断改善,缺乏高性能封装已经成为一个主要因素,使器件性能受限,这激励了业界开发出像DirectFET及PolarPAK的创新封装。那么高性能封装主要的要求是什么?而什么样的封装才是“理想”封装?半导体器件封装是要提高鲁棒性,防止器件被环境破坏,及易于使用。当在较高电压工作时,有些封装是需要符合器件之间的电压隔离和漏电方面的要求。然而,与半导体裸片相比,由于封装增加了制造成本、导通电阻、电感和体积,这样会降低器件的电气性能和热性能。
一个优异的高性能封装,在可以实现所需封装的优势同时,能够把封装可能导致的弊端减至最少。在电压低于约200V时工作,无引线、双面冷却封装如DirectFET、PolarPAK、chip scale或LGA成为一个先进的解决方案。封装的选择很大程度上取决于器件的结构是垂直还是横向。具横向结构的器件采用芯片级封装(如Great Wall公司的BGA MOSFET),而垂直结构、“倒装”器件则需要把大电流基板端子引至PCB(如DirectFET或Polar PAK封装)。与此类似的,是采用LGA封装的eGaN器件(见图1),使用源极和漏极端子的交叉手指形状,把导通电阻和寄生电感减至最小。
表1比较了eGaN FET与相同导通电阻的MOSFET的尺寸分别。eGaN FET拥有高效率的芯片级LGA封装和更小晶片尺寸的双重优势,能显著减小其在PCB上所占用的总体面积。
表1. 采用不同封装的功率MOSFET与采用LGA封装的eGaN FET之间的比较。


图1. eGaN FET的额定参数是100V、7mΩ和25A。这种LGA封装的长度是4.1mm,宽度是1.6mm。
封装电阻
功率晶体管封装的电阻直接影响最终产品的性能。图2估计不同标准功率封装的封装电阻。DirectFET、PolarPAK和LGA封装格式所增加的封装电阻,可以达到低至两百微欧(不包括PCB铜线电阻)。

图2. 估计不同功率封装的无晶片封装电阻值。较小的晶片的电阻值会较高。
封装电感
封装电感也会降低晶体管和电路性能,特别是当器件在纳秒范围内时开关。封装电感的增加,会引起各种效应,这是取决于晶片的哪一个端子具封装电感。共源电感(封装内连接到源极端子的电感,承载着漏极和栅极返回电流)会从反向栅极电压中,降低器件开关速度,以致显著增加开关损耗。图3对LGA的封装电感与一些标准功率封装的估计值进行了比较。

图3,估计不同功率封装的无晶片封装电感值。较小的晶片的电感值会较高。