LFPAK88 – 在每立方毫米内提供更高功率

功率密度在汽车系统中举足轻重。无论是传统的电子转向和制动系统,还是新型48V/12V混合动力和全电动汽车(EV)系统,都是如此。安世半导体的最新LFPAK88铜夹封装将小尺寸、低导通电阻、高ID的优点集于一身,实现了1 W/mm3以上的功率密度。

作为各个市场大量应用的主要动因,功率密度在汽车系统中举足轻重。例如,在电动助力转向中,我们正在向双重冗余迁移,旨在提高系统安全性,这使电子元件数量增加一倍,但需要占用的空间不会同等增加。

随着更多48伏特轻度混合动力汽车投入生产,我们也看到更多汽车应用的引入,例如皮带传动起动发电机(BSG)和12/48V DC/DC转换器,帮助降低二氧化碳排放量。这些模块同样受到当前的空间限制,因而我们需要高功率密度的解决方案

在所有这些情况下,LFPAK88都能真正提供帮助。它将小尺寸、低导通电阻、高ID的优点集于一身,达到1 W/mm3以上的功率密度 – 在每立方毫米的体积内提供很高的功率!首先,我们进行直观的比较,展示该封装相对于其他封装的改进。下表显示了使用相同的汽车级40 V超结技术平台的两款产品,用以展示封装而非芯片带来的变化。

器件编号

封装

ID最大值(A)

导通电阻(mΩ)

功率密度(W/mm³)

BUK7S0R7-40H

LFPAK88

425

0.7

1.16

BUK761R2-40H

D²PAK

120

1.2

0.02

正如上表中所示,我们不仅能够进一步降低导通电阻,还能够显著增加最大漏极电流。考虑到节省的空间,与3引脚的D²PAK相比,安世半导体的LFPAK88将功率密度提高了48倍。值得注意的是,由于LFPAK88具备明显的优势,D²PAK BUK761R2-40H经开发后并未发布。

这种高功率密度是如何实现的?总体而言,它是通过创新的封装技术和改进的芯片技术实现的。就LFPAK88封装本身而言,有三个因素与提高功率密度相关:

  • 更高的电流能力可以增加功率
  • 更小的封装外形可以提高密度
  • 更高的效率可以减少散热问题。

下面我们简单地依次讨论这三大因素。

夹片与线缆 – 优于当前的连接

在D²PAK及其不同版本中,芯片与封装引出端之间采用线缆连接,这就限制了它能够处理的电流量。LFPAK使用的铜夹片技术在芯片和引出端之间提供更大面积的接触,从而能够处理更大的电流,提高输出功率。

Footprint comparison D2PAK and LFPAK88

缩小外形体积

在选择LFPAK88封装外形时,我们在封装电流、散热能力、占位面积三者之间达到了最佳折衷,使其适合更高功率的应用。外形体积为8.0 x 8.0 x 1.6 mm,在长度、宽度和高度方面均小于前一代的D²PAK和D²PAK-7,与D2PAK相比,占位面积减小了60%,整体占用空间减少了86%。

高效易散热

在更小的面积内操作更高的电流,效率至关重要,效率提高便无需处理多余的热量。高效率意味着有更多功率被用于执行任务。LFPAK通过减小导通电阻来实现高效率,因为铜夹不会增加电阻,这一点与内部焊线有所差异。没有焊线连接到源极,再加上外部源极引脚很小,这也会减小寄生源极电感。在今后的博客中,我将更详细地讨论寄生源极电感和热效率。

芯片支持

更新的芯片技术还有助于提高功率密度。安世半导体采用了汽车级超结技术,单元间距更窄,因而减小了封装导通电阻。这样可以达到更高的效率,提高IDmax性能。

截止目前…

提高功率密度仍然是产品设计中一个至关重要的因素。为此,新的铜夹LFPAK88封装与超结芯片技术相结合,提供了出色的功率密度性能。在初始版本中,安世半导体推出了0.7 mΩ @ 40 V器件(迄今在40 V电压下达到的最低导通电阻),能够处理425 A的电流。另外还有0.55 mΩ器件,能够处理更高的电流,计划作为未来的版本推出。

Ivan Petrov

Neil Massey

Neil在电子行业具有30年以上的从业经验,担任过多个工程和项目管理职位。过去19年,他担任过一系列功率电子半导体产品的产品营销经理,涵盖各种消费、工业和汽车应用。目前他负责用于汽车应用的分立式低电压MOSFET封装,重点关注安世半导体的新型LFPAK88产品系列。