德州儀器（TI）提供的一種新的驅動器集成氮化鎵（GaN）功率級產品系列已在一個低成本、緊湊的四扁平無引腳（QFN）封裝中實現，該封裝尺寸為12mm x 12mm。這種擴大的QFN封裝可以從GaN的快速轉變率和高開關頻率能力中獲得顯著優勢，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。通過適當的熱設計，TI以QFN 12x12格式封裝的新型LMG342x GaN功率級產品可以完全滿足高功率（>3 kW）轉換應用的需求。
*附件：QFN12x12 封裝的 600V、GaN 功率級的熱性能 應用資料.pdf

1. 引言

• ?背景?：德州儀器（TI）推出了新一代集成GaN功率級產品，采用低成本、緊湊的12mm x 12mm QFN封裝。
• ?優勢?：大封裝尺寸和暴露的熱焊盤顯著提升了GaN器件的熱性能，適用于高功率（>3kW）轉換應用。

2. QFN 12x12封裝

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

3. 底部冷卻配置與熱阻定義

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

4. 仿真模型與結果

• ?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. 實驗設置與RθJC/P測試結果

• ?實驗方法?：通過測量不同功耗下的結溫和冷卻平面溫度來計算RθJC/P。
• ?結果?：實驗結果與仿真結果一致，驗證了仿真模型的準確性。
• ?TIM影響?：不同TIM材料的測試表明，高熱導率的TIM可以有效降低RθJC/P。

6. QFN 12x12封裝在半橋評估板上的熱性能

• ?測試環境?：在半橋拓撲中測試LMG3422R030器件，使用橢圓形散熱器和風扇進行冷卻。
• ?結果?：在4kW功率下，器件頂部溫度保持在99.3°C，遠低于最大推薦工作溫度125°C。

7. 總結

• ?熱性能優勢?：QFN 12x12封裝顯著提升了GaN功率級的熱性能，使其適用于高功率密度和高效率的應用。
• ?市場潛力?：隨著對高功率、高效率電源系統需求的增加，QFN 12x12封裝的GaN功率級產品具有廣闊的市場前景。