MOS管的封装类型及主流企业的封装与改进

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在完成MOS管芯片在制作之后，需要给MOS管芯片加上一个外壳，这就是MOS管封装。该封装外壳主要起着支撑、保护和冷却的作用，同时还可为芯片提供电气连接和隔离，从而将MOS管器件与其它元件构成完整的电路。

      而不同的封装、不同的设计，MOS管的规格尺寸、各类电性参数等都会不一样，而它们在电路中所能起到的作用也会不一样；另外，封装还是电路设计中MOS管选择的重要参考。封装的重要性不言而喻，今天我们就来聊聊MOS管封装的那些事。

MOS管封装分类

       按照安装在PCB板上的方式来划分，MOS管封装主要有两大类：插入式(Through Hole)和表面贴装式(Surface Mount)。

      插入式就是MOSFET的管脚穿过PCB板的安装孔并焊接在PCB板上。常见的插入式封装有：双列直插式封装（DIP）、晶体管外形封装（TO）、插针网格阵列封装（PGA）三种样式。

插入式封装

       表面贴裝则是MOSFET的管脚及散热法兰焊接在PCB板表面的焊盘上。典型表面贴装式封装有：晶体管外形（D-PAK）、小外形晶体管（SOT）、小外形封装（SOP）、方形扁平式封装（QFP）、塑封有引线芯片载体（PLCC）等。

表面贴装式封装

      随着技术的发展，目前主板、显卡等的PCB板采用直插式封装方式的越来越少，更多地选用了表面贴装式封装方式。

1、双列直插式封装（DIP）

      DIP封装有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上，其派生方式为SDIP（Shrink DIP），即紧缩双入线封装，较DIP的针脚密度高6倍。

     DIP封装结构形式有：多层陶瓷双列直插式DIP、单层陶瓷双列直插式DIP、引线框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式、塑料包封结构式、陶瓷低熔玻璃封装式）等。DIP封装的特点是可以很方便地实现PCB板的穿孔焊接，和主板有很好的兼容性。

     但由于其封装面积和厚度都比较大，而且引脚在插拔过程中很容易被损坏，可靠性较差；同时由于受工艺的影响，引脚一般都不超过100个，因此在电子产业高度集成化过程中，DIP封装逐渐退出了历史舞台。

2、晶体管外形封装（TO）

      属于早期的封装规格，例如TO-3P、TO-247、TO-92、TO-92L、TO-220、TO-220F、TO-251等都是插入式封装设计。

TO-3P/247：是中高压、大电流MOS管常用的封装形式，产品具有耐压高、抗击穿能力强等特点。

TO-220/220F：TO-220F是全塑封装，装到散热器上时不必加绝缘垫；TO-220带金属片与中间脚相连，装散热器时要加绝缘垫。这两种封装样式的MOS管外观差不多，可以互换使用。

TO-251：该封装产品主要是为了降低成本和缩小产品体积，主要应用于中压大电流60A以下、高压7N以下环境中。

TO-92：该封装只有低压MOS管（电流10A以下、耐压值60V以下）和高压1N60/65在采用，目的是降低成本。

近年来，由于插入式封装工艺焊接成本高、散热性能也不如贴片式产品，使得表面贴装市场需求量不断增大，也使得TO封装发展到表面贴装式封装。TO-252（又称之为D-PAK）和TO-263（D2PAK）就是表面贴装封装。

TO封装产品外观

TO252/D-PAK是一种塑封贴片封装，常用于功率晶体管、稳压芯片的封装，是目前主流封装之一。

采用该封装方式的MOSFET有3个电极，栅极（G）、漏极（D）、源极（S）。

      其中漏极（D）的引脚被剪断不用，而是使用背面的散热板作漏极（D），直接焊接在PCB上，一方面用于输出大电流，一方面通过PCB散热；所以PCB的D-PAK焊盘有三处，漏极（D）焊盘较大。其封装规范如下：

TO-252/D-PAK封装尺寸规格

      TO-263是TO-220的一个变种，主要是为了提高生产效率和散热而设计，支持极高的电流和电压，在150A以下、30V以上的中压大电流MOS管中较为多见。

      除了D2PAK（TO-263AB）之外，还包括TO263-2、TO263-3、TO263-5、TO263-7等样式，与TO-263为从属关系，主要是引出脚数量和距离不同。

TO-263/D2PAK封装尺寸规格

3、插针网格阵列封装（PGA）

      PGA（Pin Grid Array Package）芯片内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据管脚数目的多少，可以围成2～5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座即可，具有插拔方便且可靠性高的优势，能适应更高的频率。

PGA封装样式

      其芯片基板多数为陶瓷材质，也有部分采用特制的塑料树脂来做基板，在工艺上，引脚中心距通常为2.54mm，引脚数从64到447不等。

      这种封装的特点是，封装面积（体积）越小，能够承受的功耗（性能）就越低，反之则越高。这种封装形式芯片在早期比较多见，且多用于CPU等大功耗产品的封装，如英特尔的80486、Pentium均采用此封装样式；不大为MOS管厂家所采纳。

4、小外形晶体管封装（SOT）

SOT（Small Out-Line Transistor）是贴片型小功率晶体管封装，主要有SOT23、SOT89、SOT143、SOT25（即SOT23-5）等，又衍生出SOT323、SOT363/SOT26（即SOT23-6）等类型，体积比TO封装小。

SOT封装类型

SOT23是常用的三极管封装形式，有3条翼形引脚，分别为集电极、发射极和基极，分别列于元件长边两侧，其中，发射极和基极在同一侧，常见于小功率晶体管、场效应管和带电阻网络的复合晶体管，强度好，但可焊性差，外形如下图(a)所示。

SOT89具有3条短引脚，分布在晶体管的一侧，另外一侧为金属散热片，与基极相连，以增加散热能力，常见于硅功率表面组装晶体管，适用于较高功率的场合，外形如下图(b)所示。

SOT143具有4条翼形短引脚，从两侧引出，引脚中宽度偏大的一端为集电极，这类封装常见于高频晶体管，外形如下图(c)所示。

SOT252属于大功率晶体管，3条引脚从一侧引出，中间一条引脚较短，为集电极，与另一端较大的引脚相连，该引脚为散热作用的铜片，外形如下图(d)所示。

常见SOT封装外形比较

主板上常用四端引脚的SOT-89 MOSFET。其规格尺寸如下：

SOT-89 MOSFET尺寸规格（单位：mm）

5、小外形封装（SOP）


      SOP（Small Out-Line Package）是表面贴装型封装之一，也称之为SOL或DFP，引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L字形)。材料有塑料和陶瓷两种。


     SOP封装标准有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等，SOP后面的数字表示引脚数。MOSFET的SOP封装多数采用SOP-8规格，业界往往把“P”省略，简写为SO（Small Out-Line）。

SOP-8封装尺寸

SO-8为PHILIP公司率先开发，采用塑料封装，没有散热底板，散热不良，一般用于小功率MOSFET。


后逐渐派生出TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）等标准规格；其中TSOP和TSSOP常用于MOSFET封装。

常用于MOS管的SOP派生规格

6、方形扁平式封装（QFP）


      QFP（Plastic Quad Flat Package）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般在大规模或超大型集成电路中采用，其引脚数一般在100个以上。


     用这种形式封装的芯片必须采用SMT表面安装技术将芯片与主板焊接起来。该封装方式具有四大特点：


①适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线；
②适合高频使用；
③操作方便,可靠性高；
④芯片面积与封装面积之间的比值较小。


与PGA封装方式一样，该封装方式将芯片包裹在塑封体内，无法将芯片工作时产生的热量及时导出，制约了MOSFET性能的提升；而且塑封本身增加了器件尺寸，不符合半导体向轻、薄、短、小方向发展的要求；另外，此类封装方式是基于单颗芯片进行，存在生产效率低、封装成本高的问题。

因此，QFP更适于微处理器/门陈列等数字逻辑LSI电路采用，也适于VTR信号处理、音响信号处理等模拟LSI电路产品封装。