隨著低碳化和數字化的發展，電源管理技術呈現新的發展趨勢，提高效率、減輕設備重量、提高功率密度以及為電動汽車提高續航里程，成為人們日常關心的共同話題，各大半導體廠商也在減少能耗、提高能效方面不遺余力，希望做出自身的貢獻。

半導體行業在過去相當長時間內，芯片技術的演進一直以來主導著行業的發展，例如在數字化方向工藝節點的技術演進，對于功率半導體而言則是在晶圓部分不斷地縮小芯片尺寸、實現更低的導通阻抗。所以，封裝技術無疑是推進研發進展的突破口。

英飛凌科技電源與傳感系統事業部大中華區應用市場總監 程文濤先生（圖源：英飛凌公司）

英飛凌科技電源與傳感系統事業部大中華區應用市場總監程文濤先生指出：“技術創新與封裝創新相結合，才能為電動汽車的關鍵發展趨勢提供助力。”

以硅基半導體為例，高壓超結硅功率器件的FOM值基本已經達到了物理極限，在此情況下要想繼續降低導通阻抗或者是實現更高的能效，封裝技術是繼續把硅的功率發揮到極致的必經之路。不僅是硅基半導體，現在大熱的寬禁帶半導體SiC/GaN也需要仰仗新的封裝技術。

日前，英飛凌宣布其適用于高壓MOSFET 的 QDPAK 和 DDPAK 頂部散熱 (TSC) 封裝技術已成功注冊為 JEDEC 標準，有助于OEM 廠商在市場中創造差異化的產品，并將功率密度提升至更高水準，以支持各種應用。

頂部散熱（TSC）封裝技術的優勢

英飛凌此次發布的頂部散熱（TSC）封裝技術包括QDPAK和DDPAK兩款。相比DPAK（TO-252）封裝， QDPAK相當于4個并排的DPAK，DDPAK則是相當于2個DPAK并排在一起。TSC封裝技術可助力實現更大功率、更高密度設計和更高效率：

·滿足更大功率需求：優化利用電路板空間，采用開爾文源極連接，減少源極寄生電感；

·提高功率密度：頂部散熱可實現最高電路板利用率；

·提高效率： 經優化的結構具有低電阻和超低寄生電感，可實現更高效率；

·減輕重量：綜合優化散熱和發熱，有助于打造更小巧的外殼，從而減少用料，減輕重量。

（圖源：英飛凌公司）

TSC封裝技術具體能解決什么問題呢？程文濤概括道：“從制造方面來看，這兩大頂部散熱封裝技術能夠帶來最大的益處在于：高度優化了生產工藝，讓整個裝配過程步驟變少，自動化制造流程更簡潔，最終在下游廠商端實現包括PCB數量、層級和板間連接器用量減少，帶來裝配及整體系統成本大幅降低。”

頂部散熱封裝技術在熱管理上具有優勢。電源應用電路板的熱設計中需要盡可能降低系統熱阻（Rthja），同時實現最高結溫（Tj）。這意味著最大限度地增加流入散熱片的熱量，同時最大限度地減少流入印刷電路板（PCB）的熱量。

10年前，在功率半導體行業，千瓦及以上的大功率應用基本上是插件封裝技術為主導，譬如TO247和TO220封裝，這些插件封裝技術能使工程師最大限度地利用外加的散熱片，非常高效地將芯片內部產生的熱量散出芯片之外。

隨著4G、5G宏基站等應用對功率密度的要求，芯片越做越小，要用更少的獨立散熱片，同時還需要把更多的熱量均勻地散發到整個設備以外。所以以上需求成為兩個互相矛盾的存在，近5年來，這個矛盾愈加凸顯。

“我們經過了很長一段時間與下游客戶以及處于行業領導地位的客戶和工程師討論，最后達成了一個共識，就是頂部散熱是這個矛盾的解決途徑。” 程文濤表示。

（圖源：英飛凌公司）

貼片化是從帶獨立散熱片的插件封裝走向更高功率散熱的第一步。一般貼片封裝的散熱主要是靠芯片底部跟PCB（印刷電路板）之間的接觸，利用PCB銅箔把芯片產生的熱量傳導出去。目前常用的PCB采用FR4材質，FR4材質的最高溫度上限在110度左右。在更高的功率設計中，底部散熱封裝無法通過貼片和PCB之間結合均勻地把更多熱量散出去，導致這種散熱方式走到了瓶頸。

英飛凌研發的頂部散熱，通過在頂部增加一個薄薄的散熱片，使得PCB溫度與芯片結溫相分離，從而實現了在相同電路板溫度條件下，功率耗散增加了大約20%，而且通過降低電路板溫度，延長了系統使用壽命。

SMD/THD封裝對比（圖源：英飛凌公司）

在溫度穩定之后，QDPAK和DDPAK的散熱能力與TO220和TO247的散熱能力實現了對等。

兩款頂部散熱封裝技術已注冊為JEDEC標準

JEDEC是一個制定半導體器件標準的全球性行業組織，成員包括全球各地的半導體制造商、芯片設計師、系統供應商等，其制定的標準被廣泛應用于整個半導體產業，包括出廠測試、產品標識、器件封裝、環境試驗以及安全性和可靠性測試等方面。這些標準的使用可以提高制造商之間的互操作性、可靠性和通用性，從而降低成本并提高效率。

（圖源：英飛凌公司）

程文濤表示，功率半導體業界不成文的規定，“任何一家廠商選定一款功率半導體時，至少要有一個備選方案，也就是Second Source，理想的情況是有三四種備選方案。”

JEDEC標準目前在半導體行業中是一個公認的標準，而且這是免費的，在JEDEC標準得到了注冊和認證之后，其它的廠商可以免費從JEDEC標準組織里面下載這些標準。

由于已經兼容業界通行的尺寸、安規，因此為產品做推廣的時候會比較方便。另外JEDEC標準組織也讓行業里的一些創新的想法能夠很快推行。得益于能夠在JEDEC標準組織里面得到注冊，頂部散熱封裝技術在過去幾年發展越來越快，也促進了半導體行業的發展。

“就目前而言，英飛凌在功率半導體封裝領域是銳意進取的，英飛凌一直擔任著很重要的角色。在這個過程里， JEDEC標準組織也是一個非常重要的存在，英飛凌經常會與JEDEC標準組織進行非常積極的互動，能夠盡快地讓英飛凌創新的封裝技術在JEDEC標準組織里面和行業里面推廣開來。” 程文濤表示。

QDPAK和DDPAK封裝設計的成功注冊將推動市場更廣泛地采用 TSC 技術以取代 TO247 和 TO220插件封裝技術，此項新 JEDEC 注冊封裝系列將成為高壓工業和汽車應用過渡至下一代平臺中頂部散熱設計的重要推手。

（圖源：英飛凌公司）

適用于高壓（ HV） 與低壓（ LV） 器件的 QDPAK 和 DDPAK SMD TSC 封裝采用 2.3 mm標準厚度。英飛凌在研究行業中貼片各種封裝尺寸后，在大部分的非頂部散熱以及頂部散熱的封裝共存的情況下，選擇了2.3 mm，這樣的厚度能夠讓足夠多的器件并存在同一塊PCB板上。

程文濤表示：“希望通過這次跟JEDEC標準組織的互動，能夠使2.3 mm成為業界通行的厚度。”

應用場景

可以說頂部散熱方式覆蓋的功率段范圍相當廣泛。而英飛凌提供的這類頂部帶銅箔的頂部散熱封裝在功率約為200-300W的應用場景中，就開始凸顯其價值了，采用該封裝方式，可以實現取消獨立散熱片，或替代插件器件；而一般功率在1000W時，頂部帶裸銅的頂部散熱封裝就是一個必選項。目前，英飛凌的頭部客戶最積極采用頂部散熱封裝技術主要集中在數據中心、通信應用，乃至在對儲能要求更加便攜、更加高功率密度的情形下，頂部散熱這種貼片形式的占比是越來越高。

新能源汽車也是一個重要的應用場景，目前為了滿足電動汽車的設計要求，業界在不斷增加功率半導體能效的同時，還致力于減少它所占用的PCB面積，這時候對功率密度的要求也很高。頂部散熱能夠幫助工程師在設計新能源汽車時，把更多空間留給電池動力部分。

程文濤總結道：“但凡是需要體積小、重量輕、功率密度高、效率高的產品，頂部散熱封裝技術都非常受歡迎。”