工业应用对MOSFET 的需求越来越高。从机械解决方案和更苛刻的应用条件都要求半导体制造商开发出新的封装方案和实施技术改进。从最初的TO-252等表面贴装器件 (SMD)，再到最新的无引脚封装，以及内部硅技术的显著改进，MOSFET 解决方案正在不断发展，以更好地满足工业市场新的要求。在这里，我们介绍一下UOE的TOLT 的封装方案、热性能和电路板的可靠性。

关键特性，主要优势和应用：

关键特性：

*超低RDS（on）

*大于300A的高额定电流

*顶部散热

*负引脚本体高差

*无锡散热焊盘

主要优势：

*系统效率高，延长电池寿命

*高功率密度

*出色的热性能，节省散热系统

*最大限度减低至散热片的热阻

重要应用：

*移动机器人

*无人机

*轻型电动车

*电动装卸车

*电动脚踏车

*电动工具

*电池管理系统

目标应用市场

UOE的 TOLT封装的功率 MOSFET，有助于实现非常高的功率水平。由于通过顶部冷却改善了热阻，TOLT 可以在不增加器件数量和系统尺寸的情况下满足功率要求高的应用需求。因此，TOLT 封装的重点应用是大电流应用。该封装适用于功率水平高达 50 kW 的大功率电机驱动器。

封装设计

新 TOLT 封装的概念不同于标准的底部散热功率 MOSFET。在 TOLT 中，封装内的引线框架倒置，漏极焊盘（芯片底部 = 漏极连接）暴露在封装顶部。

图1  TOLT 侧视图

图2 封装外形

图3 和图4 为栅极、源极和漏极引脚。一排八个引脚连接到顶部的裸露焊盘，以与电路板进行漏极连接。在封装的另一侧，一个引脚用于栅极控制，其余七个引脚连接到电流源极。

图3 TOLT 3D 视图

图4 TOLT 底视图

TOLT优势和准则

1、顶部散热不仅可以获得更高的应用功率，而且还有其他几个重要优势。在标准散热方案中（图6），散热器通常安装在 PCB 下方。从芯片到外部的热传递路径如下：这种解决方案的缺点是热性能降低，具体取决于 PCB 和 TIM/导热膏参数。这些组件的导热性差可能会导致过热和应用功率降低，还可能意味着需要更高的散热成本。此外，组装板需要承受更高的温度，这就需要使用更昂贵的 PCB。

图5 背面散热方式中的热路径

2、SMD组件可以放置在PCB底部的TOLT MOSFET下方(图10)，以优化可用面积。

图6  TOLL & TOLT 散热示意图

3、TOLT增加电流/功率处理能力，相较于 TOLL 封装，TOLT 封装的 RthJA 降低了 20%，RthJC 改善近 50%, Rth(J-heatsink) 降低了36%。

4．额外优势

除了可以为散热系统实现更高的功率密度或节省成本外，TOLT 产品还有其他优势。以下是一些示例：

● 由于散热器没有安装在 PCB 下方，也没有热量通过 MOSFET 底侧传递到电路板，因此栅极驱动器或电容可以放在 PCB 的另一侧。这样的解决方案能够更有效地利用 PCB 空间。

● 增加爬电距离（源极和漏极电势之间的距离）。

● 可以使用具有较低玻璃化转变温度的 PCB。

● 传递到 PCB 和附近组件中的热量更少。

5．热界面材料厚度

为保证 TOLT 封装的最佳热性能，并保证封装尽可能低的热阻，优化 TIM 厚度就显得至关重要。以下是TOLT 封装的几种不同 TIM 厚度的情况模拟图，从而分析其对从结到散热片总 RTH 的影响。在模拟中，散热片温度固定为 85°C 的环境温度。

图7 为 Rth 对于不同 TIM 厚度的 TIM 热导率的相关性

从图中可以看出，TIM 越薄，热阻越低。但是，应注意 TIM 的热导率 (λ) 值。更好的热导率补偿了 TIM 厚度的负面影响。

市场上现有的 TIM 的热导率通常在 3 到 6 W/mK 之间。为了达到最佳的热性能和足够的电隔离相平衡，系统工程师应优化 TIM 的厚度和热参数。

客户最常用且在市场上广泛使用的材料是热导率在 3 至 4 W/mK 范围内的 TIM。根据对该值的仿真，MOSFET 结和散热片之间的热阻在 0.8 和 3K/W 之间变化，具体取决于 TIM 厚度。实际 TIM 厚度为 300 至 500 μm 时，热阻值可达 1.5 至 2.4K/W。当 Rth 等于 2.4 K/W 且 MOSFET 结与外壳之间的温差为 90°C（假设 Tcase = 85°C 和 Tjmax = 175°C）时，单个 TOLT MOSFET 可消耗大约 40 W 的功率。

6．电参数

TOLT 封装中的 MOSFET 具有与相应 TOLL 部件相同的 RDS(on) 值。例如，采用 TOLT 封装的出色的100V MOSFET(UP009N10LT) 和相应的TOLL(UP009N10T)，RDS(on),max 均为 1.25 mΩ。

与 TOLL 相比，在带过孔的普通 2s2p 电路板和 85°C 的环境温度条件下，TOLT 的最大改进之处在于结到散热片的热阻 Rth 明显降低。Rth 降低了近 50%，这会导致总耗散功率提高 90% 以上。

总结

新型顶部散热 TOLT 封装，为大功率工业应用在 FR4 PCB 上实现。TOLT 由于缩短了从管芯结到散热片的热路径，因此改善了热阻，从而提高了电气性能。