ROHM制TOLL封装：最大限度发挥新一代功率器件性能的贴装方案

　　概要

　　近年来，在AI服务器、数据中心电源、光伏(PV)逆变器、电力储能系统(ESS)等领域，除了大功率化之外，设备小型化和高功率密度化需求也与日俱增。传统大功率应用中主流的TO-247、TO-220等通孔封装，以及TO-263等表面贴装封装，在寄生电感、散热性能以及安装空间方面都存在设计瓶颈。

　　本应用笔记将介绍ROHM的TOLL(TO无引线)封装——一种可解决上述课题的创新型表面贴装(SMD)方案，并阐述其技术优势。文中将详细说明TOLL封装所带来的优势：节省空间(薄型化、占板面积缩减)、优异的散热性能、通过开尔文源极(4端子)结构降低开关损耗，以及符合JEDEC标准的高通用性。同时，还介绍了能够将 ROHM最新SiC MOSFET、12～150V耐压SiMOSFET、超级结MOSFET等功率器件的性能发挥到极致的电路板设计方法。

　　目录

　　· 符合JEDEC MO-299标准的外形尺寸

　　· 兼顾小型薄型化与大功率化

　　· 优异的散热性能

　　· 4端子(开尔文源极)结构大幅降低开关损耗

　　· 提高安装可靠性并降低检测成本

　　· 通过优化电路板设计实现散热最大化

　　· 结语

　　· 参考资料

　　符合JEDEC MO-299标准的外形尺寸

　　TOLL封装是一种符合JEDEC制定外形标准MO-299的表面贴装型封装。因此，便于利用现有贴装设备，具备生产线操作上的高通用性。

　　另一方面，在基板设计(焊盘布局)方面，为了最大限度发挥所搭载的新一代功率器件的特性，对端子形状进行了优化。JEDEC MO299中规定，多引脚侧(8引脚侧)的相邻引脚根部连接结构为“可选(OPTIONAL)”。因此，ROHM根据器件特性，为各产品采用最合适的形状。例如，在SiC MOSFET和Si MOSFET等TOLL封装中，采用了8引脚侧根部相连的形状;并且，带开尔文源极的4端子器件(漏极、栅极、源极、开尔文源极)与3端子器件(漏极、栅极、源极)的连接方式也有所不同(见 Figure 1)。

　　此外，ROHM的GaN HEMT产品采用TOLL-8N封装，虽然外形尺寸符合MO-299标准，但引脚配置和焊盘形状具有独特性，因此在基板设计时，请务必使用数据手册中记载的TOLL-8N专用焊盘布局(Figure 2)

　　如此，虽然在外形尺寸上实现了标准化，但安装焊盘图案则针对各器件进行了优化。因此，基板设计时不应沿用通用的焊盘布局，而必须使用各产品数据手册中记载的专用推荐焊盘布局。这样才能充分发挥各器件的真正性能，并确保高可靠性。

　　特别需要注意的是，开尔文源极(数据手册中有时表述为“驱动源极”)端子的连接方式对开关损耗影响很大。此外，以下做法是严格禁止的：将开尔文源极端子与功率源极端子直接连接;使开尔文源极端子保持开路，仅使用功率源极端子来驱动栅极;以及将开尔文源极端子与功率源极端子反向连接。这些不当连接可能导致意想不到的发热、误动作甚至器件故障

　　兼顾小型薄型化与大功率化

　　TOLL封装最大的特点在于节省空间。封装外形尺寸为9.9mm × 11.68mm × 2.3 mm，高度较以往同等级封装(TO-263-7LA)降低了约一半(从4.5mm降至2.3 mm，降低约49%)(见Figure 3)。此外，在实际基板上所占用的安装面积(焊盘布局)也削减了25%。传统TO-263-7LA的焊盘面积为179.3mm²(11.0mm × 16.3mm)，而TOLL封装的焊盘面积仅为134.33mm²(10.1mm × 13.3mm)(见Figure 4)。由此，即使在被称为“披萨盒型”的薄型电源用图腾柱PFC电路等厚度需控制在4mm以下的严格设计约束下，也能带来极高的安装自由度。