德州儀器（TI）提供的一種新的驅(qū)動(dòng)器集成氮化鎵（GaN）功率級(jí)產(chǎn)品系列已在一個(gè)低成本、緊湊的四扁平無(wú)引腳（QFN）封裝中實(shí)現(xiàn)，該封裝尺寸為12mm x 12mm。這種擴(kuò)大的QFN封裝可以從GaN的快速轉(zhuǎn)變率和高開(kāi)關(guān)頻率能力中獲得顯著優(yōu)勢(shì)，并由于其大的暴露熱墊而提高其熱性能，顯示出比其他流行的表面貼裝封裝（如to lead-Less和D2PAK）更好的功耗能力，這些封裝廣泛用于分立功率器件。通過(guò)適當(dāng)?shù)臒嵩O(shè)計(jì)，TI以QFN 12x12格式封裝的新型LMG342x GaN功率級(jí)產(chǎn)品可以完全滿足高功率（>3 kW）轉(zhuǎn)換應(yīng)用的需求。
*附件：QFN12x12 封裝的 600V、GaN 功率級(jí)的熱性能 應(yīng)用資料.pdf

1. 引言

• ?背景?：德州儀器（TI）推出了新一代集成GaN功率級(jí)產(chǎn)品，采用低成本、緊湊的12mm x 12mm QFN封裝。
• ?優(yōu)勢(shì)?：大封裝尺寸和暴露的熱焊盤(pán)顯著提升了GaN器件的熱性能，適用于高功率（>3kW）轉(zhuǎn)換應(yīng)用。

2. QFN 12x12封裝

• ?特點(diǎn)?：低剖面、無(wú)引腳表面貼裝封裝，具有暴露的銅熱焊盤(pán)和功能引腳。
• ?比較?：與QFN 8x8封裝相比，QFN 12x12的熱焊盤(pán)面積增大了3倍，有利于散熱。
  

3. 底部冷卻配置與熱阻定義

• ?熱阻定義?：
  • RθJA：結(jié)到環(huán)境的熱阻。
  • RθJC(bot/top)：結(jié)到封裝底部/頂部的熱阻。
  • RθJC/P：結(jié)到主要冷卻平面的熱阻，是評(píng)估封裝熱性能的關(guān)鍵指標(biāo)。
• ?底部冷卻系統(tǒng)?：主要通過(guò)PCB、熱界面材料（TIM）和散熱器將熱量傳導(dǎo)到環(huán)境中。

4. 仿真模型與結(jié)果

• ?仿真工具?：使用ANSYS有限元分析（FEA）軟件建立仿真模型。
• ?比較?：QFN 12x12封裝的RθJC/P值比QFN 8x8封裝低40%以上，顯示出更好的熱性能。
• ?結(jié)果?：與其他表面貼裝封裝（如TOLL和D2PAK）相比，QFN 12x12的熱阻也較低。

5. 實(shí)驗(yàn)設(shè)置與RθJC/P測(cè)試結(jié)果

• ?實(shí)驗(yàn)方法?：通過(guò)測(cè)量不同功耗下的結(jié)溫和冷卻平面溫度來(lái)計(jì)算RθJC/P。
• ?結(jié)果?：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致，驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。
• ?TIM影響?：不同TIM材料的測(cè)試表明，高熱導(dǎo)率的TIM可以有效降低RθJC/P。

6. QFN 12x12封裝在半橋評(píng)估板上的熱性能

• ?測(cè)試環(huán)境?：在半橋拓?fù)渲袦y(cè)試LMG3422R030器件，使用橢圓形散熱器和風(fēng)扇進(jìn)行冷卻。
• ?結(jié)果?：在4kW功率下，器件頂部溫度保持在99.3°C，遠(yuǎn)低于最大推薦工作溫度125°C。

7. 總結(jié)

• ?熱性能優(yōu)勢(shì)?：QFN 12x12封裝顯著提升了GaN功率級(jí)的熱性能，使其適用于高功率密度和高效率的應(yīng)用。
• ?市場(chǎng)潛力?：隨著對(duì)高功率、高效率電源系統(tǒng)需求的增加，QFN 12x12封裝的GaN功率級(jí)產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。