MOSFET散热,MOSFET顶部散热封装-KIA MOS管

由于器件的引线框架（包括裸露漏极焊盘）直接焊接到覆铜区，这导致热量主要通过PCB进行传播。而器件的其余部分均封闭在塑封料中，仅能通过空气对流来散热。因此，热传递效率在很大程度上取决于电路板的特性：覆铜的面积大小、层数、厚度和布局。无论电路板是否安装到散热器上，都会导致这种情况的发生。

通常器件的最大功率能力无法达到最优情形，是因为 PCB 一般不具有高的热导率和热质量。为解决这个问题并进一步缩小应用尺寸，业界开发了一种新的 MOSFET 封装，即让 MOSFET 的引线框架（漏极）在封装的顶部暴露出来（例如图 1 所示）。

MOSFET散热,封装

顶部散热的布局优势

虽然传统功率 SMD 有利于实现小型化解决方案，但出于散热考虑，它们要求在电路板背面其下方的位置不能放置其他元器件。电路板的一些空间无法使用，导致最终的电路板整体尺寸较大。而顶部散热器件可以绕过此问题：其散热是通过器件顶部进行的。这样，MOSFET 下方的板面位置就可以放置元器件了。

该空间可用于布置如下元器件（但不限于此）：

功率器件

栅极驱动电路

支持元器件（电容、缓冲器等）

反过来，还能缩小电路板尺寸，减少栅极驱动信号的路径，实现更理想的解决方案。

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图 2. PCB 器件空间

与标准 SMD 器件相比，顶部散热器件除了可以提供更多的布局空间外，还能减少热量交叠。顶部散热封装的大部分热传播都直接进入散热器，因此 PCB 承受的热量较小。有助于降低周围器件的工作温度。

顶部散热的热性能优势

与传统的表面贴装 MOSFET 不同，顶部散热封装允许将散热器直接连接到器件的引线框架。由于金属具有高热导率，因此散热器材料通常是金属。例如大多数散热器是铝制的，其热导率在 100-210 W/mk 之间。与通过 PCB 散热的常规方式相比，这种通过高热导率材料散热的方式大大降低了热阻。热导率和材料尺寸是决定热阻的关键因素。热阻越低，热响应越好。

Rθ = 绝对热阻

ΔX = 与热流平行的材料的厚度

A = 垂直于热流的横截面积

k = 热导率

除了提高热导率外，散热器还提供更大的热质量——这有助于避免饱和，或提供更大的热时间常数。这是因为顶部安装的散热器的尺寸可以改变。对于一定量的热能输入，热质量或热容与给定温度变化成正比。

Cth = 热容，J/K

Q = 热能，J

ΔT = 温度变化，K

PCB 往往具有不同的布局，并且铜皮厚度较低的话，导致热质量(热容)较低和热传播不良。所有这些因素使得标准的表面贴装 MOSFET 在使用时无法实现最佳热响应。从理论上讲，顶部散热封装拥有直接通过高热质量、高导热性源散热的优势，因此其热响应 (Zth (℃/W)) 会更好。在结温升幅一定的情况下，更好的热响应将支持更高的功率输入。这样，对于相同的 MOSFET 芯片，采用顶部散热封装的芯片比采用标准 SMD 封装的芯片将拥有更高的电流和功率能力。

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