在上一帖子《MOS的选择》中说到了MOSFET芯片的参数指标，这一贴想和大家讨论一下MOSFET的封装。
MOSFET的封装，简单说，就是在MOS芯片制作完成之后，给芯片加上一个外壳。
在开始的时候，各方面性能要求不高，只要求外壳具有支撑、保护、冷却的作用，同时还要为芯片提供电气连接和隔离，以便MOSFET 器件与其它元件构成完整的电路。
后来，随着电子产品越来越小的趋势，有了不断减少尺寸的要求。
近年，对功率密度的不断追求，MOSFET作为主要的功率器件，正朝着更大功率、更小尺寸、更快速、散热更好的趋势在发展。因此，也对MOSFET的封装，在寄生的电阻、电容、电感等电性能和结构、封装热阻等热性能方面，都有了更多的要求。
本贴准备和大家，在封装的发展历程、结构形式对电热性能的影响、以CPU供电为例的同步整流和航模用电子调速器等应用实例中MOSFET对封装的要求，等方面进行探讨。
先起个头，慢慢加。
如对芯片尺寸、选择BV、Rds、Qg等参数平衡点、封装的考虑方向等问题感兴趣，请积极发表见解，
有兴趣欢迎加Q探讨，Q：369364322
用《MOS的选择》中为微处理器供电为例子，这是一个较为典型的BUCK同步整流的例子。
简单分析可知。现时CPU的工作频率已经由MHz级转向GHz 级，工作电压为1.3V 左右。要求到供电电源上到MHz级电磁干扰在可控范围，输出电流0A~50A（考虑到笔记本电脑或平板电脑从“睡眠”到“大运算工作”，正常工作电流10A~20A）。其典型输入电压为7.5V 到21V，电路中控制和续流用的功率器件普遍采用30V 的MOSFET。如下示意图：
此类电源系统的总体能效一般会要求在95%以上。
要提高总体能效，我们要先对损耗产生机理进行分析。在此BUCK 同步整流电路中存在着多种功率损耗，这里主要考虑的损耗为开关管（Q1）和续流管（SR 同步整流管、Q2）的损耗。
从SR-BUCK 电路的工作原理可知：
>Q1开通时，Q1存在着导通损耗、驱动损耗；
>Q1关断时，有输出电容带来的损耗；
>而Q2在工作区间除了导通损耗、驱动损耗、开关损耗、还有体内二极管损耗问题。
借IR的实验图方便分析：
其中：Td 续流电流流向体二极管时间段
Tramp Vds因漏极电感产生正向压降
Tq 积聚Coss与Qrr电荷时间段
按上面的分类，容易看出，当输出电流小时，导通损耗相对小；输出电流大，导通损耗也相对大。而开关损耗（驱动损耗+输出电容损耗）变化不大。（想一下，笔记本电脑从“睡眠”到“正常工作”，工作电流范围：0A~20A。）
而三种损耗相对变化的幅度比例，我们再借IR的实测图例来说明。
可看出，在轻负载条件下，导通损耗占总功耗的比例极低。在这种情况下，在整个负载范围内基本保持不变的开关损耗是主要损耗。但是，当输出电流较高时，导通损耗则成为最主要的损耗，其占总功耗的比例也最高。
因此，要优化SR MOSFET的效率，必须找到开关损耗与导通损耗之间的最佳平衡点。（再借IR的图作说明）
如图所示。当Rdson超出最优值时，总功耗将随Rdson的提高而线性增加。但当Rdson降至低于最优值时，总功耗也会因输出电容的快速增加而急剧上升。如图在1毫欧以下时，Rdson仅下降0.5毫欧姆，便会令总功耗提高一倍，从而严重降低电源转换器的效率。
说到这里，我们回过头，看看上面说到的焊线式封装在封装电阻和封装电感两方面的局限。
1、封装电阻的局限
以现在使用到的30V同步整流SR MOSFET，可达1~2毫欧姆的的导通电阻，而TO220的封装电阻在1毫欧姆左右，这样封装电阻占总Rdson的比例高达50%以上。
在耐压高一些的MOSFET中（耐压高，Rdson相对高），这个比例会相对低一些。但和无引脚的SMD封装MOSFET比较，还是有一定差距的。看下面比较图：
而且，从上一贴《MOS的选择》说到，对同一工艺的MOS芯片，Rdson*Qg是相对固定值。选择封装电阻更低的封装形式，在低Rdson下，追求更低的Qg，更低的Coss，提供更多的选择。
2、封装电感的局限
上面提到，SR MOSFET关断时，Coss和Qrr的电荷通过寄生电感、寄生电阻释放时将触发LC振荡，这样会造成一个过冲高压。因此需要尽量减少寄生电感。
如TO220封装的寄生电感为10nH左右，甚至更高。无引脚SMD封装，得益于其无引脚设计以及所采用的铜带或夹焊技术，寄生电感可大大降低至0.2nH左右。以12V同步整流级为例，只要用低电感封装来取代TO220封装，就能将过冲电压降低10V，参见下图。
当电压应力较小时，可以使用电压值更低的MOSFET，以进一步优化系统的总体性能。
上面说到的“无引脚SMD封装”，现在市场上常见到的，如：DFN封装（各厂家有不同命名）。
DFN封装，是在SO-8的基础上，对焊线互连形式进行改进，用金属带、或金属夹板代替焊线，降低封装电阻、封装电感，并且改善了热阻。
再用个航模用电子调速器的应用例子，讨论一下MOSFET封装中降低热阻的必要性。
近年来，无刷直流电机以其体积小、重量轻（意味着制造成本降低）、效率高（意味着使用成本降低）、和易控制（调速、变向）等优点，逐渐在汽车模型、船模、飞机模型中替代液体燃料的内燃机。其中，对直流电机的动力控制部分称作“电子调速器”（简称电调）。一般形式见下面图片。
DFN是对SO-8的改进，一方面，通过除去引线框下方的塑封混合物，让引线框金属焊盘结构直接漏出来(或者加一层金属板)与PCB接触，来增加器件与PCB的热传导效率；另一方面，用金属带、或金属夹板代替焊线。两方面都对热阻的降低很有帮助。参见实验数据：
可见改善还是不少的。因为尺寸相近，所以Rthja还在同一量级（标准SO-8约为90℃/W，DFN约为50℃/W）。但较为关键的Rthjc（结到外壳的热阻，标准SO-8约为12℃/W）降到2.5℃/W左右，有一些厂家更是通过加厚铜压板，降到0.8℃/W。
可以见得到的是，这两年，几大电调厂商纷纷转用DFN封装器件。
上面所说的DFN相对SO8，主要是封包形式和内部互连形式的改进，带来的效果也是显而易见的。但对封装的电性能和热性能的要求是永不会停步的。
再从封装的角度深究下去，可以再改善的无非就几个方向：塑封材料、芯片粘合剂、框架结构形式等。塑封材料和芯片粘合剂更多属于化工范畴，在这就不展开。框架结构形式上，还是有很多改善的空间的，这方面国外的厂家还是跑在前面的，如IR、瑞萨等在近年都推出不少新形的结构：
慨叹国外厂商的领先是没有意义的，我们需要的是沉下新踏踏实实地做工作。我们也在积极和国内封装厂通力合作，不断推出新产品。相信在国内电子制造业蓬勃向上的支持下，能够追上国外厂商的步伐，进而寻求超越。
