MOSFET的封装形式

- 爱矽库 2020-6-17

“封装技术”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。封装是制程处理的最后一道手续，通常还包含了打线的过程，以金线连接芯片与导线架的线路，再封装绝缘外壳，并测试集成电路功能是否正常。我们实际看到的芯片体积和外观并不是真正裸片的大小和面貌，而是裸片经过封装后的产品。芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降，而且封装后也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，因此它是必须且至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和提高电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。由于封装技术直接影响到芯片的性能和品质，对同样的芯片以不同形式进行封装也能提升芯片的性能，因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。

以安装在PCB的方式区分，功率MOSFET的封装形式有插入式（Through Hole）和表面贴装式（Surface Mount）两大类。插入式就是MOSFET的管脚穿过PCB的安装孔焊接在PCB上。表面贴装则是MOSFET的管脚及散热法兰焊接在PCB表面的焊盘上。

   MOSFET 常见的直插式封装如双列直插式封装（DIP），晶体管外形封装（TO），插针网格阵列封装（PGA）等，外形见图1。

图1. 插入式封装

MOSFET 常见的表贴式封装如晶体管外形封装（D-PAK），小外形晶体管封装（SOT），小外形封装（SOP），方形扁平封装（QFP），塑封有引线芯片载体（PLCC）等等，外形见图2.

图2.表面贴装式封装

一般来说，“芯片封装”有2层含义，一个是封装外形规格，一个是封装技术。对于封装外形规格来说，国际上有芯片封装标准，规定了统一的封装形状和尺寸。封装技术是芯片厂商采用的封装材料和技术工艺，各芯片厂商都有各自的技术，并为自己的技术注册商标名称，所以有些封装技术的商标名称不同，但其技术形式基本相同。我们先从标准的封装外形规格说起。

1. MOSFET TO封装

TO（Transistor Out-line）的中文意思是“晶体管外形”。这是早期的封装规格，是晶体管以及小规模集成电路的封装规格的一个直插式类别。例如TO-92，TO-92L，TO-220，TO-247等等都是插入式封装设计。近年来表面贴装市场需求量增大，TO封装也进展到表面贴装式封装，比如TO-252和TO-263，其中TO-252又称为D-PAK，TO-263又称为D2PAK。TO封装外形见图3.

图3. TO封装的进展

D-PAK封装的MOSFET有3个电极，栅极（G）、漏极（D）、源极（S）。其中漏极（D）的引脚被剪断不用，而是使用背面的散热板作漏极（D），直接焊接在PCB上，一方面用于输出大电流，一方面通过PCB散热。所以PCB的D-PAK焊盘有三处，漏极（D）焊盘较大。

2. MOSFET SOT封装

SOT（Small Out-Line Transistor）小外形晶体管封装。又称微GY24W-K型片式晶体管，一般引脚不超过5个，这种封装就是贴片型小功率晶体管封装，比TO封装体积小，一般用于混合式集成电路和小功率MOSFET。主要有SOT-23、SOT-25、SOT-26、SOT-89、SOT-143、SOT-223、SOT-323、SOT-883等，见图4.

图4.SOT封装

3. MOSFET SOP封装

SOP（Small Out-Line Package）的中文意思是“小外形封装”。SOP是表面贴装型封装之一，引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L 字形) ，其中具有翼型短引线者称为SOL器件，具有J型短引线者称为SOJ器件。材料有塑料和陶瓷两种。SOP一般外引线数不超过28条，有宽体和窄体两种封装形式，封装标准有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等等，SOP后面的数字表示引脚数。MOSFET的SOP封装多数采用SOP-8规格，业界往往把“P”省略，叫SO（Small Out-Line ）。SO-8采用塑料封装，没有散热底板，散热不良，一般用于小功率MOSFET，见图5。SO-8是PHILIP公司首先开发的，以后逐渐派生出TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）等标准规格。 这些派生的几种封装规格中，TSOP和TSSOP常用于MOSFET封装，外形见图6。

图5. SOP-8封装

图6.SOP派生的其他封装

4  MOSFET QFP封装

QFP(Quad Flat Package)的中文意思是方型扁平式封装。从芯片四侧引出总数一般不超过100根呈海鸥(L)型的细引脚且其间距很小的封装，基材有陶瓷、金属和塑料三种。按厚度一般分为QFP(2~3mm厚)，LQFP(1.4mm厚)，TQFP(1.0mm厚)。QFP封装见图7，其主要特点有：

A.该技术封装CPU时操作方便，可靠性高；

B.其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；

C.主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线；

D.芯片面积与封装面积之间的比值较小；

E.引脚中心距有1.0, 0.8, 0.65, 0.5，0.4, 0.3mm等多种规格；

F.当引脚中心距小于0.65mm时，引脚容易弯曲；

G.其结构形式因带有引线框(L/F), 对设定的电性能无法调整；

H.采用埋入金属片方式来改善散热性，并尝试通过多层基板提高内置电性能。

图7.QFP封装

5. MOSFET PLCC封装

PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier Package）中文意思是有引线塑料芯片载体封装，是表面贴装型封装之一，引脚从封装四个侧面引出，呈丁字形，是塑料制品，外形尺寸比DIP封装小得多，PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线,具有外形尺寸小、可靠性高的优点。PLCC 与LCC(也称QFN)相似。以前,两者的区别仅在于前者用塑料,后者用陶瓷.但已经出现用陶瓷制作的J 形引脚封装和用塑料制作的无引脚封装(标记为塑料LCC、PCLP、P-LCC等),已经无法分辨。为此,日本电子机械工业会于1988 年决定,把从四侧引出J形引脚的封装称为QFJ,把在四侧带有电极凸点的封装称为QFN。QFN本来用于集成电路的封装，MOSFET不会采用的，但Intel提出的整合驱动与MOSFET的DrMOS采用QFN-56封装。PLCC封装见图8，其特点有：

A.引脚中心距1.27mm，引脚数18~84根；

B. 向内伸的J型引脚不易变形，比QFP容易操作，但焊接后的外观检查较为困难；

C.适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线,具有外形尺寸小、可靠性高的优点；

D.通常为陶瓷，陶瓷基板的4个侧面只有电极接触而无引脚；

E.适合高频使用；

G.芯片面积与封装面积之间的比值较小.

图8. PLCC封装

由于CPU的低电压、大电流的发展趋势，对MOSFET提出输出电流大，导通电阻低，发热量低散热快，体积小的要求。MOSFET厂商除了改进芯片生产技术和工艺外，也不断改进封装技术，在与标准外形规格兼容的基础上，提出新的封装外形，并为自己研发的新封装注册商标名称。 由于篇幅有限，在此不再一一介绍。