MOS管的封裝形式及選擇

MOS管的封裝是指把硅片上的電路管腳，用導(dǎo)線接引到外部接頭處，以便與其它器件連接，并為MOS管芯片加上一個(gè)外殼，該封裝外殼主要起著支撐、保護(hù)和冷卻的作用，同時(shí)還可為芯片提供電氣連接和隔離。以下是MOS管的封裝形式及選擇的介紹：

一、MOS管的封裝形式

按照安裝在PCB板上的方式來(lái)劃分，MOS管封裝主要有兩大類：插入式（Through Hole）和表面貼裝式（Surface Mount）。

1. 插入式封裝 ：MOSFET的管腳穿過(guò)PCB板的安裝孔并焊接在PCB板上。常見(jiàn)的插入式封裝有：
   • 雙列直插式封裝（DIP） ：有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上，其派生方式為SDIP（Shrink DIP），即緊縮雙入線封裝，較DIP的針腳密度高6倍。DIP封裝結(jié)構(gòu)形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP、單層陶瓷雙列直插式DIP、引線框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式、塑料包封結(jié)構(gòu)式、陶瓷低熔玻璃封裝式）等。DIP封裝的特點(diǎn)是可以很方便地實(shí)現(xiàn)PCB板的穿孔焊接，和主板有很好的兼容性。但由于其封裝面積和厚度都比較大，引腳在插拔過(guò)程中容易被損壞，可靠性較差；同時(shí)受工藝影響，引腳一般不超過(guò)100個(gè)，因此在電子產(chǎn)業(yè)高度集成化過(guò)程中，DIP封裝逐漸退出了歷史舞臺(tái)。
   • 晶體管外形封裝（TO） ：屬于早期的封裝規(guī)格，例如TO-3P、TO-247、TO-92、TO-92L、TO-220、TO-220F、TO-251等都是插入式封裝設(shè)計(jì)。其中，TO-3P/247是中高壓、大電流MOS管常用的封裝形式，產(chǎn)品具有耐壓高、抗擊穿能力強(qiáng)等特點(diǎn)；TO-220/220F中，TO-220F是全塑封裝，裝到散熱器上時(shí)不必加絕緣墊，TO-220帶金屬片與中間腳相連，裝散熱器時(shí)要加絕緣墊，這兩種封裝樣式的MOS管外觀差不多，可以互換使用；TO-251封裝產(chǎn)品主要是為了降低成本和縮小產(chǎn)品體積，主要應(yīng)用于中壓大電流60A以下、高壓7N以下環(huán)境中；TO-92封裝只有低壓MOS管（電流10A以下、耐壓值60V以下）和高壓1N60/65在采用，目的是降低成本。近年來(lái)，由于插入式封裝工藝焊接成本高、散熱性能也不如貼片式產(chǎn)品，使得表面貼裝市場(chǎng)需求量不斷增大，TO封裝也發(fā)展到表面貼裝式封裝，如TO-252（又稱之為D-PAK）和TO-263（D2PAK）。
   • 插針網(wǎng)格陣列封裝（PGA） ：芯片內(nèi)外有多個(gè)方陣形的插針，每個(gè)方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，根據(jù)管腳數(shù)目的多少，可以圍成2~5圈。安裝時(shí)，將芯片插入專門(mén)的PGA插座即可，具有插拔方便且可靠性高的優(yōu)勢(shì)，能適應(yīng)更高的頻率。其芯片基板多數(shù)為陶瓷材質(zhì)，也有部分采用特制的塑料樹(shù)脂來(lái)做基板。在工藝上，引腳中心距通常為2.54mm，引腳數(shù)從64到447不等。這種封裝的特點(diǎn)是，封裝面積（體積）越小，能夠承受的功耗（性能）就越低，反之則越高。這種封裝形式芯片在早期比較多見(jiàn)，且多用于CPU等大功耗產(chǎn)品的封裝，如英特爾的80486、Pentium均采用此封裝樣式，但不大為MOS管廠家所采納。
2. 表面貼裝式封裝 ：MOSFET的管腳及散熱法蘭焊接在PCB板表面的焊盤(pán)上。典型表面貼裝式封裝有：
   • 晶體管外形（D-PAK） ：一種塑封貼片封裝，常用于功率晶體管、穩(wěn)壓芯片的封裝，是目前主流封裝之一。采用該封裝方式的MOSFET有3個(gè)電極，柵極（G）、漏極（D）、源極（S）。其中漏極（D）的引腳被剪斷不用，而是使用背面的散熱板作漏極（D），直接焊接在PCB上，一方面用于輸出大電流，一方面通過(guò)PCB散熱；所以PCB的D-PAK焊盤(pán)有三處，漏極（D）焊盤(pán)較大。
   • 小外形晶體管（SOT） ：是貼片型小功率晶體管封裝，主要有SOT23、SOT89、SOT143、SOT25（即SOT23-5）等，又衍生出SOT323、SOT363/SOT26（即SOT23-6）等類型，體積比TO封裝小。其中，SOT23是常用的三極管封裝形式，有3條翼形引腳，分別為集電極、發(fā)射極和基極，分別列于元件長(zhǎng)邊兩側(cè)，發(fā)射極和基極在同一側(cè)，常見(jiàn)于小功率晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管和帶電阻網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合晶體管，強(qiáng)度好但可焊性差；SOT89具有3條短引腳，分布在晶體管的一側(cè)，另外一側(cè)為金屬散熱片，與基極相連，以增加散熱能力，常見(jiàn)于硅功率表面組裝晶體管，適用于較高功率的場(chǎng)合；SOT143具有4條翼形短引腳，從兩側(cè)引出，引腳中寬度偏大的一端為集電極，這類封裝常見(jiàn)于高頻晶體管；SOT252屬于大功率晶體管，3條引腳從一側(cè)引出，中間一條引腳較短，為集電極，與另一端較大的引腳相連，該引腳為散熱作用的銅片。
   • 小外形封裝（SOP） ：也稱之為SOL或DFP，引腳從封裝兩側(cè)引出呈海鷗翼狀（L字形），材料有塑料和陶瓷兩種。SOP封裝標(biāo)準(zhǔn)有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等，SOP后面的數(shù)字表示引腳數(shù)。MOSFET的SOP封裝多數(shù)采用SOP-8規(guī)格，業(yè)界往往把“P”省略，簡(jiǎn)寫(xiě)為SO（Small Out-Line）。SO-8為PHILIP公司率先開(kāi)發(fā)，采用塑料封裝，沒(méi)有散熱底板，散熱不良，一般用于小功率MOSFET。后逐漸派生出TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、SSOP（縮小型SOP）、TSSOP（薄的縮小型SOP）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，其中TSOP和TSSOP常用于MOSFET封裝。
   • 方形扁平式封裝（QFP） ：封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般在大規(guī)?；虺笮?a target="_blank">集成電路中采用，其引腳數(shù)一般在100個(gè)以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMT表面安裝技術(shù)將芯片與主板焊接起來(lái)。該封裝方式的特點(diǎn)包括：適用于SMD表面安裝技術(shù)在PCB電路板上安裝布線；芯片面積與封裝面積之間的比值較小。與PGA封裝方式一樣，該封裝方式也存在不足，即將芯片包裹在塑封體內(nèi)，無(wú)法將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)導(dǎo)出，制約了MOSFET性能的提升；而且塑封本身增加了器件尺寸，不符合半導(dǎo)體向輕、薄、短、小方向發(fā)展的要求；另外，此類封裝方式是基于單顆芯片進(jìn)行，存在生產(chǎn)效率低、封裝成本高的問(wèn)題。因此，QFP更適于微處理器/門(mén)陳列等數(shù)字邏輯LSI電路采用，也適于VTR信號(hào)處理、音響信號(hào)處理等模擬LSI電路產(chǎn)品封裝。
   • 塑封有引線芯片載體（PLCC） ：也是表面貼裝式封裝的一種。

二、MOS管封裝的選擇

MOS管封裝的選擇取決于多種因素，包括應(yīng)用需求、性能要求、成本考慮以及生產(chǎn)工藝等。以下是一些選擇MOS管封裝時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素：

1. 應(yīng)用需求 ：根據(jù)MOS管在電路中的具體應(yīng)用，選擇適合的封裝形式。例如，對(duì)于需要高功率輸出的應(yīng)用，可以選擇能夠承受大電流和高壓的封裝形式，如TO-3P、TO-247等；對(duì)于空間受限的應(yīng)用，可以選擇體積較小的封裝形式，如SOT、SOP等。
2. 性能要求 ：考慮MOS管的電氣性能、散熱性能以及可靠性等因素。不同的封裝形式對(duì)MOS管的性能有一定影響。例如，D-PAK封裝具有良好的散熱性能，適用于功率較大的應(yīng)用；而SOP封裝則適用于小功率、低電壓的應(yīng)用。
3. 成本考慮 ：封裝成本是MOS管總成本的一部分，不同封裝形式的成本差異較大。在選擇封裝時(shí)，需要根據(jù)預(yù)算和成本效益進(jìn)行權(quán)衡。
4. 生產(chǎn)工藝 ：考慮生產(chǎn)工藝的兼容性和生產(chǎn)效率。例如，表面貼裝式封裝更適合自動(dòng)化生產(chǎn)線，可以提高生產(chǎn)效率；而插入式封裝則需要更多的手工操作，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。

綜上所述，MOS管的封裝形式多種多樣，選擇時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求、性能要求、成本考慮以及生產(chǎn)工藝等因素進(jìn)行綜合考慮。通過(guò)合理的選擇，可以確保MOS管在電路中發(fā)揮最佳的性能，同時(shí)滿足生產(chǎn)成本和可靠性的要求。