今天，電源工程師面臨的一個主要挑戰(zhàn)是如何減少商用電子產(chǎn)品中電源電路的電路板空間。在任何電子產(chǎn)品零售商店里轉(zhuǎn)上一圈，你就會發(fā)現(xiàn)個人計算機已經(jīng)變得更小，甚至小型化已經(jīng)成為許多電子設備的發(fā)展趨勢。隨著這些產(chǎn)品的尺寸不斷減少，它們的功能正增加。在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多功能，意味著要縮小留給電源電路的面積，而這會導致一系列熱、功率損耗和布局方面的嚴峻挑戰(zhàn)。
工程師應對這種挑戰(zhàn)的一個辦法是利用在 MOSFET 硅技術和封裝上的進步，這些進步能在更小尺寸的封裝內(nèi)實現(xiàn)更高的性能。透過這個趨勢，我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的封裝已經(jīng)從像SO-8這樣的標準接腳封裝向采用底側(cè)引出焊盤的功率封裝轉(zhuǎn)換。對于高電流應用，以前通常采用PowerPAK SO-8這樣6mmx5mm的封裝。但對于更低電流的應用，現(xiàn)在的趨勢是采用3mmx3mm的功率封裝，比如PowerPAK 1212-8。由于這種封裝中的RDS（on） 已經(jīng)足夠低，在筆記型計算機的10A DC/DC 應用中，這種封裝已經(jīng)廣為使用。
雖然3mmx3mm的功率封裝有助于大幅減少 DC/DC 電路所占的空間，還是有可能進一步減少空間需求，同時提高功率密度。實現(xiàn)這一點的辦法之一是用組合了兩個組件的封裝替代分離式單信道 MOSFET 。Dual SO-8功率 MOSFET 已經(jīng)出現(xiàn)了很長時間，但是它們一般只能處理小于5A的負載電流，這對筆記型計算機和上網(wǎng)裝置中的5V和3.3V電壓軌是足夠了，但很顯然，對于負載為10A和更高的系統(tǒng)來說，這個數(shù)值就太低了。
這就是為什么制造商正努力制造用于MOSFET的雙片功率封裝，因為這種封裝能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)表面安裝更高的可能最大電流和更好的熱性能。透過使用功率封裝的基本形式，將兩個單獨的芯片組裝在一個封裝內(nèi)，這種組件能夠減少電源電路所需的占位空間。
一種被稱為 PowerPAIR 封裝形式的外形尺寸小于單芯片的6x5封裝（PowerPAK SO-8），最大電流等級為15A。在筆記型計算機中，這樣的負載電流一般要使用兩片功率6x5封裝，算上印刷線和標識面積，以及放置兩個組件后，所占面積至少是60mm2以上。這種功率雙片封裝的尺寸是6.0mmx3.7mm，所占用的電路板空間為22mm2。所占的電路板空間減少了63%，這對電源工程師來說是益處多多，因為留給他們設計電源電路的空間是越來越少。這種優(yōu)點是傳統(tǒng)SO-8雙片封裝類型所不具備的。
與兩片功率6x5封裝或兩片SO-8封裝相較，除了節(jié)省空間以外，這種組件還能夠簡化設計，對于那些正使用兩片功率3x3封裝的工程師，這種組件還能再節(jié)省點空間。前面已經(jīng)提到，在很多10A級的運算應用中，功率3x3封裝已經(jīng)成為一種趨勢，因為這種封裝比通常使用的標準SO-8封裝尺寸更小，工作溫度更低。功率雙片封裝能夠很容易地用一個組件替代兩片功率3x3封裝，甚至還能再省下在PCB上布線和打標記的空間。因此，對于5A~15A的DC/DC應用，雙片封裝是一個很合理的設計，也是提高功率密度的一種方法。
雙片PowerPAIR功率封裝使用對稱結(jié)構，適用于DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器。這種封裝適合高邊MOSFET的芯片和硅片降壓轉(zhuǎn)換器的低邊MOSFET，并做了最佳化。這意味著，如圖2所示，由于焊盤區(qū)的大小不一樣，低邊MOSFET的導通電阻比高邊MOSFET的導通電阻更低。
事實上，低邊MOSFET的導通電阻是組件的關鍵特性。即便封裝尺寸變小了，這種封裝還是能在4.5V電壓下獲得小于5mΩ最大RDS（on）等級。這有助于提高最大負載情況下的效率，盡管組件的尺寸不大，工作時的溫度則更低。
這種組件的另一個優(yōu)點是其布線。從圖2可以看出，封裝的接腳使其能很簡單地整合進降壓轉(zhuǎn)換器設計中。更特別的是，輸入安排在組件的一側(cè)，輸出在另一側(cè)。接腳2和3與DC-DC電路的VIN匹配，也就是高邊MOSFET的漏極。小焊盤也充當高標組件的漏極焊盤。更大的焊盤是電路的開關節(jié)點，高標MOSFET的源極和低邊MOSFET的漏極從內(nèi)部連到組件上。這是連接到電感器的節(jié)點。最后，接地是接腳4和5，這兩個接腳是低邊MOSFET的源極。接腳1和6是分別連到高邊和低邊MOSFET的閘極。這個布局很簡單，減少了試圖使用兩個組件時布線出錯的機會。將多個組件組合使用時需要額外使用PCB印刷線，這種封裝可減少與PCB印刷線有關的寄生電感。
轉(zhuǎn)向這種小尺寸功率雙片封裝的最后一個好處是所達到的效率水準能夠有效提高功率密度。組件安裝在單相降壓轉(zhuǎn)換器評估板上，具體條件如下：
VIN = 12 V, VOUT = 1.05 V, VDRIVE = 5.0V, fsw = 300 kHz, and IOUT max. = 15 A
效率是在整個負載范圍內(nèi)測量的。15A時，效率是87%，測出的組件外殼溫度低于70℃。峰值效率高于91.5%。在電子系統(tǒng)中，這樣的性能可減少功率損耗，同時還可實現(xiàn)小尺寸的設計。
6.0mmx3.7mm外形尺寸的功率雙片封裝是MOSFET封裝技術的一項重要進步。這種封裝使工程師能夠改進、縮小和簡化設計，同時保持現(xiàn)在消費電子產(chǎn)品所需的高標準和性能。
