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瑞萨科技发布用于功率MOSFET的 LFPAK-I上表面散热型封装

作者:电子设计应用  时间:2004-07-27 00:00  来源:本站原创
瑞萨科技公司宣布开发出LFPAK-I(无损耗封装-倒装型)上表面散热型封装,作为新的功率MOSFET封装形式,它通过使用顶面安装热沉大大提高了散热特性,通过使用上表面散热结构提高了电流能力。作为初始阶段产品,现在正发布3种服务器DC-DC电源稳压器(VR)功率MOSFET:HAT2165N、HAT2166N和HAT2168N,从2004年7月开始,将在日本开始样品发货。

这种新封装的特性总结如下。

(1)与瑞萨科技先前的封装相比,安装散热热阻值减小了40%,电流容量大约提高了30%。
LFPAK-I使用一种管芯散热管座暴露在封装上表面的结构,与瑞萨科技目前的通过印刷线路板散热的LFPAK封装形式相比,LFPAK-I的热沉安装在顶部(使用强制空气冷却时),热饱和状态下的安装热阻值大约减小了40%,从25ºC/W降低到15ºC/W。因此,与LFPAK相比,电流大约提高了30%,可以使服务器稳压器更加小巧。

(2)与SOP-8兼容
LFPAK-I的电极排列和管脚面积与业界标准的SOP-8封装相同,使得相同的系统设计和安装可以用在SOP-8中。


<产品背景>

为服务器的CPU和存储器提供电源的稳压器,将12 V输入电压变换到CPU和存储器需要的较低电压,典型值是1.3 V。由于更快的CPU需要更大的电流,以及小型化需要更低的电压,预计相关的电压和电流将从目前的大约1.3 V和70 A改变为将来的 0.8 V和150 A。为了处理这样的低压和大电流,要求安装在稳压器中的功率MOSFET具有大电流容量,以进行电流控制。

典型的表面安装功率器件结构,通过印刷线路板散热。但是,在像服务器这样具有很多稳压器的应用中,大电流引起的板温度上升很成问题,由于在板上散热的方法已经达到了极限,制造商开始在产品的顶部安装热沉,通过强制空气冷却的方法实现散热。

为满足这一市场需要并解决相关的问题,瑞萨科技开发出新型LFPAK-I封装,通过使用一种管芯散管座暴露在封装上表面的结构,使上表面散热效果最佳。

<新封装的详情>

新开发的LFPAK-I的结构,保留了瑞萨科技目前的LFPAK封装的优势,通过使用更少键合引线的结构,为高效率电源提供低电阻和低电感*1;同时在顶部安装了一个管芯散热管座,使热量可以从顶部安装的热沉高效耗散。LFPAK-I可以使用与业界标准的SOP-8封装相同的电极排列和管脚面积。

将顶部热沉安装的封装(使用强制空气冷却时)与常规的LFPAK相比,热饱和状态下的安装散热热阻值减小了40%,从25ºC/W降低到15ºC/W。这有助于减小PWB温度的上升,先前这很成问题。

在同样的功率下,这也有助于减小功率MOSFET沟道温度的上升(ΔTch),从而降低了与沟道温度成正比的导通电阻*2。例如,在LFPAK-I顶部安装热沉后,施加相当于2 W功耗的等量功率,功率MOSFET沟道温度的上升(ΔTch)可以减小20ºC,从LFPAK的50ºC降低到30ºC。这相当于导通电阻大约减小了7%(将沟道温度降低20ºC,使功率MOSFET的温度从120ºC降低到100ºC,在此基础上进行计算)。

而且,如果假设在相同的条件下,沟道温度上升相同的值时进行热辐射设计,LFPAK-I的电流大约提高30%。电流密度提高30%,就可以减少稳压器中安装的功率MOSFET的数目,可以使稳压器更加小巧。


<新产品详情>
这次发布的HAT2165N、HAT2166N和HAT2168N是耐压30 V的N沟道功率MOSFET,用于高效率服务器稳压器,可以提供很低的热阻和导通电阻。

通过在这些器件的顶部安装热沉,与瑞萨科技目前使用LFPAK封装的HAT2165H、HAT2166H和 HAT2168H相比,热饱和状态下(使用强制空冷时)的散热热阻值减小了40%,从25ºC/W 降低到15ºC/W,电流大约提高了30%。

例如,当配置一个电压指标是1.3 V和电流指标是60 A的稳压器时,对每级是15 A的4级配置来说,一共需要16个常规的功率MOSFET(8组,每组包括一个高边组件和一个低边组件*3);如果使用新产品,每级的电流大约可以提高30%,提高到20 A,可以一共使用12个功率MOSFET,进行3级配置(6组,每组包括一个高边组件和一个低边组件),因此可以使稳压器更加小巧。

使用瑞萨科技成熟的0.35 μm工艺第8代沟道结构制作组件,可以实现很低的导通电阻值(VGS = 10 V时),HAT2165N的典型值是2.8 mW,HAT2166N的典型值是3.2 mW,HAT2168N的典型值将达到6.3 mW

HAT2168N非常适合用作稳压器的高边组件(用于开关控制),HAT2165N和HAT2166N用作低边组件(用于同步整流)。低导通电阻型HAT2165N和HAT2166N也适用于同步整流,可以处理大功率开关电源的二次侧电流(低压输出Vout = 3.3 V或更低)。

注释:

1.电感:电感一般存在于引线中,它的大小与引线的长度大致成比例。电感值越大,开启或关断功率MOSFET所需的栅流越大,对高速开关工作有阻碍作用。尤其在高频开关领域,电感是开关损耗的主要成因。

2.导通电阻:功率MOSFET工作时的工作电阻。导通电阻是对功率MOSFET性能影响最大的参数,随着导通电阻的下降,性能提高。

3.高边和低边组件:这些组件用在非绝缘型DC-DC变换器开关中,通过交替开启/关断开关,同时保持高边和低边之间的同步,进行电压变换。高边开关是DC-DC变换器控制开关,低边开关是同步整流开关。通常服务器稳压器的输入电压Vin是12 V,而CPU使用的电压很低,为1.2 V -1.3 V或更低。因此在高边接通时间内,对一个周期内的大约10%的窄脉冲进行控制,剩下的90%是低边组件的接通时间。因此,选择高开关速度的组件用作高边组件,选择低导通电阻(低RDS(on))的组件用作低边组件。

<典型应用>
·服务器DC-DC变换器(稳压器)
·开关式电源二次侧(低压输出Vout = 3.3 V或更低)同步整流。

<日本国内价格>*供参考
产品名称 封装 样品价格[含税] (日元)
HAT2165N LFPAK-i 160 [ 168 ]
HAT2166N LFPAK-i 140 [ 147 ]
HAT2168N LFPAK-i 100 [ 105 ]


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