車輛可用于部署技術方案得空間通常非常狹小，這主要是因為大部分可用空間都留給了座艙，電子系統則塞在剩余空間里。
本文將介紹半導體封裝層面得創新如何在改善現代汽車應用中得熱管理方面取的巨大進展。隨著車輛轉向電力驅動，以前得許多機械或液壓系統被電驅動取代，現今車輛上得大功率轉換量顯著升高。猥瑣提高這些新型電氣系統得整體效率，尤其是猥瑣增加車輛得行駛里程，業界投入了巨大努力和大量預算。
對系統設計人員來說，更高得效率還有一個好處，那就是產生得廢熱顯著減少。從熱管理得角度來看，這意味著專業減少散熱器或完全無需散熱器，進而削減方案得尺寸、重量和成本。事實上，任何電源工程師都知道，消除熱量得蕞好辦法是一開始就不產生熱。其次是確保任何浪費得能量都盡專家通過直接得路徑釋放到環境中。雖然碳化硅（SiC）之類得寬能帶隙技術已經在效率提升方面取的了巨大得飛躍，但沒有（專家永遠不會有）一種功率組件不會引起一些能量損耗。
半導體得常規散熱方法在功率應用中，金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）往往是表面貼裝組件（SMD），如SO8FL、u8FL和LFPAK封裝類型。SMD成為一家技術得原因在于：它具備良好得功率能力，能夠方便地自動放置和焊接，并且圖片實現緊湊得方案。然而，SMD元件得散熱并不理想，因為其熱傳播路徑通常要通過印刷電路板（PCB）（圖1）。
▲圖1 常規散熱方法，熱量需要通過PCB傳輸到散熱器
在常規組件中，引線框架（包括裸露漏極焊盤）直接焊接到PCB上得銅基底，進而提供從芯片到PCB得電連接和熱路徑。這是與PCB得獨家直接電熱連接，因為組件得其余部分被封閉在模塑中，僅透過對流散熱到周圍空氣中。
采用這種方法時，組件得熱傳遞效率嚴重依賴于PCB得特性，如銅基底得面積大小、層數、厚度和布局。無論電路板是否連接到散熱器，都是如此。由于熱路徑受限，并且PCB得低熱導率妨礙散熱，因此組件得蕞大功率能力受到限制。
頂部散熱解決過熱問題猥瑣解決散熱問題， 廠商如安森美（onsemi）開發了一種MOSFET封裝，讓引線框架（漏極）在封裝得頂部暴露出來。透過頂部散熱（Top Cool）對應用布局/空間和熱傳遞都有好處（圖2）。采用傳統方法對功率MOSFET進行散熱，雖然能實現相當緊湊小巧得方案，但出于散熱考慮，PCB得下側不能放置其他組件。這種方法一般需要較大得PCB來容納所有必要得組件。
圖2 頂部散熱組件將散熱器置于上方以改善布局和熱性能
頂部散熱組件得熱路徑向上，因此散熱器被放置在MOSFET上方，最優在下側布置功率元件、柵極驅動器和其他組件，從而專業使用較小得PCB。這種更緊湊得布局還使的柵極驅動走線專業更短，這對于高頻工作是個優勢。
此外，由于不再要求熱量通過PCB，因此PCB本身將保持較低溫度水平，MOSFET周圍得組件將在較低溫度下工作，這有利于提高其可靠性。
頂部散熱元件除了布局優勢外，還具有明顯得散熱優勢，因為這種封裝最優熱量直接耗散到組件得引線框架。鋁具有高熱導率（通常在100~210W/mk之間），因此最常用得散熱器是鋁制得。與通過PCB得常規散熱相比，鋁或類似金屬大大降低了熱阻，進而提供更好得熱回應。
除了提高熱導率外，散熱器還提供更大得熱質量，這有助于避免飽和，提供更大得熱時間常數，因為頂部安裝得散熱器可根據應用需求來確定適當得尺寸。頂部散熱封裝擁有直接通過高熱質量散熱器進行散熱得優勢，因此其熱回應（以每瓦溫升來衡量）會更好。在接面溫度升幅一定得情況下，更好得熱響應將圖片更高功率運行。最終，對于相同得MOSFET芯片，采用頂部散熱封裝得芯片比采用標準SMD封裝得芯片將擁有更高得電流和功率能力。
頂部散熱N溝道MOSFET廠商如安森美開發了一系列頂部散熱組件，采用改進LFPAK 5×7封裝，尺寸僅5mm×7mm。新得頂部散熱封裝被命名為TCPAK57，上側具有16.5mm2散熱焊盤，熱量專業直接耗散到散熱器中。
在內部，TCPAK57組件具有用于源極和漏極連接得銅夾。它取代了線焊，最優以極小得電阻傳導大電流，并構成有效得熱連接通向上側焊盤。新器件提供高功率應用所需得電氣效率，RDS(ON)值低至1 mΩ。
汽車功率設計應注重熱管理猥瑣實現汽車產業中得設計目標，功率設計中得熱管理是重要基礎。MOSFET @分立功率元件得常規散熱方法讓熱量通過PCB傳遞到散熱器。然而，這并不是理想得熱路徑，使的組件性能受到影響。
為此，一種新得封裝形式是將散熱焊盤移至頂部，這樣散熱器專業直接焊接到組件上。這不僅改善了MOSFET得散熱，還專業在PCB得下側布置組件，進而提高汽車@關鍵應用得功率密度。
本文為安森美汽車功率分立組件產品線總監
本文芯TIP綜合自新電子
