TI以独特的芯片结构和散热封装叩关功率MOSFET市场
TI以独特的芯片结构和散热封装叩关功率MOSFET市场
发布时间：2010-1-26 13:15 发布者：老郭 阅读次数：103
德州仪器（TI）在模拟和电源管理领域的领先地位毋庸置疑。如今，它已经不满足于仅仅提供电源管理产品。它正在凭借两种独特技术试图进入丰厚的功率MOSFET电源转换市场。这两种技术分别是NexFET芯片结构和DualCool散热封装。
NexFET结构
NexFET沟道技术TI通过收购一家称作CICLON的半导体器件公司而获得的。该公司名为NexFET的MOSFET技术可通过大幅减少栅极电荷提高功率管性能并优化尺寸。与通常的沟槽型MOSFET相比，NexFET功率MOSFET在相同的导通电阻下仅有一半的栅极电荷，因此频率可以提高一倍，供电效率达到90%。NexFET功率MOSFET特别适合做为计算机、网络和服务器系统的高功率电源。
TI中国区电源产品业务拓展工程师吴涛先生解释了几种MOSFET构造及各自的优缺点。如下图所示，左侧的是平面构造，中间的是沟槽构造，右边的是NexFET。
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2010-1-26 13:13
平面构造因为导通是在平面结构上，所以功率密度比较小，单位面积里可做的MOSFET管数有限，器件占位面积较大，栅极电荷、导通电阻等性能也比较中庸。沟槽结构把栅极往纵向发展，导电构造是垂直方向的，好处是可以把单位面积内MOSFET管的个数做得很多，这样极大地提高了MOSFET管的密度。但是，因为栅极的接触面积大，所以栅极充电电容很高。也就是说，在降低导通电阻的同时，这种工艺不可避免的造成栅极的驱动电荷很高。
NexFET是一种创新的技术，前两种技术上做了一些改进。其导电渠道是横向加上纵向，经过特殊处理，减小了纵向的导通电阻。同时，栅极区域缩小，所以才能够把栅极充电电荷降低到非常小的程度。
DualCool封装
下图示出DualCool封装（左）和常规封装（右）的区别。
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2010-1-26 13:13
常规MOSFET封装的上表面是一整块塑料，而DualCool上面有一块金属的表层，该金属表层能够让芯片的热量直接从顶部散发出去，允许MOSFET比传统封装多提供80%的功率。图中红色的是晶圆，当电流从漏极流到源极的时候会有热量散发出来。传统封装下，热量主要是通过下面的金属片和PC板的接触提供散发，由于金属管脚面积很小，所以热阻比较大。在垂直方向，它也可以通过塑料封装往上面的散热片散热，但因为这条路径上塑料封装，它的热阻很大，不利于散热。
而DualCool封装的MOSFET通过顶部的金属片降低了向上的热阻，这样芯片产生的热量可以通过下表面传到PCB板上去，也可以通过上表面的源极的金属片传递到热阻很小的额外的金属片上面，再通过它传递到散热片。
下图是三种封装结构下的结温曲线对比，横轴是功耗，纵轴是结温。蓝色曲线是wirebond，红色曲线是copper clip，绿色的是DualCool。DualCool将节点到顶部的热阻极大地降低，可以把热阻从每瓦10度降低到每瓦1.2度，直接提高了MOSFET管耐损耗的能力。
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2010-1-26 13:14
本月，TI面向高电流DC/DC应用推出了业界第一个DualCool封装的标准尺寸NexFET功率MOSFET。与传统标准器件相比，其散热效率提升80%，允许电流提高50%。该系列包含5款器件，允许计算机与电信系统使用具有扩充内存及更高电流的处理器，同时显著节省板级空间。详情请见http://www.yanfaw.com/thread-7858-1-1.html
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