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内绝缘与MF封装 功率MOSFET热扩散性能分析


分析
目的

分析目的/

在功率MOSFET与散热片组装过程中,为达到漏极与散热器的绝缘目的,普通的TO-220产品需采用绝缘片+绝缘粒子的方式。这种方式不但增加了材料和人工成本,同时其成品率与可靠性也难以得到保障,更会出现产线检测时绝缘可以测试通过,而出厂后再出现绝缘失效的现象。

为解决这一问题,前期主要是用TO-220F封装,但由于其导热、散热能力差,在很多功率耗散大的场合难以全面推广。近一年,内绝缘型封装以其自身绝缘能力、较好的导热、散热性能得到了市场的认可。但内绝缘型封装由于生产工艺复杂、框架与背面基板剥离强度差等问题。

西安后羿半导体以封装技术为突破口,在TO-220F传统封装工艺上从结构和材料上进行了改进,推出的TO-220MF封装,在保持自身绝缘耐压的优良性能的同时,使其传热能力得到了大幅提高。

本实验测试内绝缘型和后羿新型TO-220MF在同等功率耗散下,对比其导热和散热的能力。


分析
步骤

实验工具/

实验工具分别准备:HIOKI 3334A 交直流功率计、直流稳压电源、自制功率稳定小板、散热器。


测试机理/

在保持两种功率MOSFET耗散相同的功率状态和同等的散热条件下,看其自身的温升。
下图为测试时所用的恒功率电路,它可以保证不同Ron、Vth的MOSFET工作在相同功率下,被测产品(DUT)上的功耗Pd =( Vdd-0.6)X(0.6/RS//RS),本次实验设置Pd=15W。


测试过程/

保证相同功耗的同时,为提供相同的散热条件,在同一个散热器上先后进行测试。为保证产品与散热器接触良好,两种产品都涂导热硅脂。


测试过程/

固定在同一个散热器上的相同位置。




上电前
状态


上电后15秒



上电后30秒


上电后5分钟


上电后11分钟


上电后16分钟


上电后24分钟


上电后40分钟


上电后50分钟


上电后70分钟达到热平衡



结果
汇总


从以上的测试结果可以看出,新型MF封装的散热能力要比内绝缘好很多。



内绝缘型与新型MF封装温升对比曲线


理论
分析


从以上的测试结果看可看到,虽然MF封装背部是塑封体,但是它传导热量的能力还是要优于背部为金属铝的内绝缘封装。为什么会导致这一结果,还是要从两种封装的结构和材料上进行分析。以下是两种封装的剖面图。






不论从理论还是实测效果,在芯片性能(开关损耗、导通损耗)一致的前提下,新型MF封装的热扩散能力要优于内绝缘封装。
另外强烈建议在使用内绝缘和MF封装的产品时,保证产品与散热器的良好接触,在接触面上摸一层导热硅脂,这是降低产品热失效率的有效保障。


文章采自后羿技术部

--HOOYI