電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 TOLL(TO-LeadLess,薄型無(wú)引腳)封裝得益于其高密度、小型化的特性,在近年受到了功率半導(dǎo)體廠商的關(guān)注,在SiC、GaN等寬禁帶半導(dǎo)體中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
近期羅姆和TI都推出了TOLL封裝的功率器件產(chǎn)品。羅姆推出了SCT40xxDLL系列TOLL封裝的SiC MOSFET,于2025年9月正式量產(chǎn),提供13mΩ至65mΩ導(dǎo)通電阻的6款型號(hào)。其核心突破在于將TOLL封裝耐壓提升至750V,遠(yuǎn)超普通TOLL封裝的650V標(biāo)準(zhǔn),即使考慮浪涌電壓也可抑制柵極電阻,進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗。該系列產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域,包括AI服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心電源(適配緊湊空間與高功率密度需求)、光伏逆變器(750V耐壓匹配電網(wǎng)連接需求,低損耗提升發(fā)電量)、“卡片式”薄型電源(2.3mm超薄設(shè)計(jì)滿足厚度4mm以下的嚴(yán)苛要求)等。
TI則推出了集成式TOLL封裝GaN器件LMG3650,該器件將GaN FET與驅(qū)動(dòng)器集成于TOLL封裝內(nèi),是高壓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心方案,適用于光伏逆變器、工業(yè)電源等場(chǎng)景。其集成了過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠壓鎖定等功能,無(wú)需外部保護(hù)電路,顯著降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度;配備的5V低壓降穩(wěn)壓器可直接為輔助電路供電,零電壓檢測(cè)與過(guò)零檢測(cè)功能可優(yōu)化死區(qū)時(shí)間,進(jìn)一步降低損耗。基于該器件的600W單相Cyclo轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì),功率密度達(dá)640W/L,峰值效率96.1%,可在600kHz高頻下穩(wěn)定運(yùn)行,充分驗(yàn)證了TOLL封裝與GaN集成的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
從結(jié)構(gòu)上,區(qū)別于傳統(tǒng)TO-247、TO-263等有引腳封裝,TOLL封裝采用全底部焊盤(pán)設(shè)計(jì),無(wú)任何外伸金屬引腳。其電氣連接與機(jī)械固定均通過(guò)底部陣列焊盤(pán)完成,焊盤(pán)分為信號(hào)焊盤(pán)、電源焊盤(pán)與散熱焊盤(pán)(可選),其中散熱焊盤(pán)通常占據(jù)封裝底部30%-50%面積,直接與芯片背面接觸。這種結(jié)構(gòu)從根源上縮短了信號(hào)傳輸路徑,使寄生電感降至1nH以下,遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)封裝的5-10nH,為高頻開(kāi)關(guān)場(chǎng)景提供了基礎(chǔ)。同時(shí),無(wú)引腳設(shè)計(jì)避免了引腳彎曲、斷裂的機(jī)械風(fēng)險(xiǎn),提升了器件在振動(dòng)環(huán)境下的可靠性。
同時(shí)TOLL封裝通過(guò)“芯片-散熱焊盤(pán)-PCB散熱層”的直連散熱路徑,配合高導(dǎo)熱環(huán)氧塑封料與銅基基板(或BT樹(shù)脂基板),大幅降低熱阻。典型TOLL封裝的結(jié)到PCB熱阻值僅為1.2-1.5℃/W,而傳統(tǒng)TO-247封裝熱阻值高達(dá)2.5-3.0℃/W。部分高端產(chǎn)品還通過(guò)優(yōu)化封裝材料與結(jié)構(gòu),進(jìn)一步提升散熱效率,相較于傳統(tǒng)TO-263-7L封裝散熱性提升約39%,可有效控制高頻工作時(shí)的芯片結(jié)溫。
因此,TOLL封裝形成了小型化、低寄生參數(shù)、高效散熱、高兼容性低成本等優(yōu)勢(shì),這也令其成為釋放GaN、SiC等寬禁帶半導(dǎo)體性能的關(guān)鍵載體。近期ROHM、TI等廠商的新品落地,將其應(yīng)用從工業(yè)設(shè)備拓展至AI服務(wù)器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、薄型電源等新興場(chǎng)景,驗(yàn)證了其在高功率密度、空間受限場(chǎng)景下的核心價(jià)值。隨著新能源產(chǎn)業(yè)與高端電子產(chǎn)業(yè)的持續(xù)升級(jí),TOLL封裝有望進(jìn)一步向多芯片集成、更高耐壓、更薄封裝方向演進(jìn),成為功率電子領(lǐng)域的主流封裝方案,推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)向更高效、更緊湊、更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。
近期羅姆和TI都推出了TOLL封裝的功率器件產(chǎn)品。羅姆推出了SCT40xxDLL系列TOLL封裝的SiC MOSFET,于2025年9月正式量產(chǎn),提供13mΩ至65mΩ導(dǎo)通電阻的6款型號(hào)。其核心突破在于將TOLL封裝耐壓提升至750V,遠(yuǎn)超普通TOLL封裝的650V標(biāo)準(zhǔn),即使考慮浪涌電壓也可抑制柵極電阻,進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗。該系列產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域,包括AI服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心電源(適配緊湊空間與高功率密度需求)、光伏逆變器(750V耐壓匹配電網(wǎng)連接需求,低損耗提升發(fā)電量)、“卡片式”薄型電源(2.3mm超薄設(shè)計(jì)滿足厚度4mm以下的嚴(yán)苛要求)等。
TI則推出了集成式TOLL封裝GaN器件LMG3650,該器件將GaN FET與驅(qū)動(dòng)器集成于TOLL封裝內(nèi),是高壓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心方案,適用于光伏逆變器、工業(yè)電源等場(chǎng)景。其集成了過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠壓鎖定等功能,無(wú)需外部保護(hù)電路,顯著降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度;配備的5V低壓降穩(wěn)壓器可直接為輔助電路供電,零電壓檢測(cè)與過(guò)零檢測(cè)功能可優(yōu)化死區(qū)時(shí)間,進(jìn)一步降低損耗。基于該器件的600W單相Cyclo轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì),功率密度達(dá)640W/L,峰值效率96.1%,可在600kHz高頻下穩(wěn)定運(yùn)行,充分驗(yàn)證了TOLL封裝與GaN集成的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
從結(jié)構(gòu)上,區(qū)別于傳統(tǒng)TO-247、TO-263等有引腳封裝,TOLL封裝采用全底部焊盤(pán)設(shè)計(jì),無(wú)任何外伸金屬引腳。其電氣連接與機(jī)械固定均通過(guò)底部陣列焊盤(pán)完成,焊盤(pán)分為信號(hào)焊盤(pán)、電源焊盤(pán)與散熱焊盤(pán)(可選),其中散熱焊盤(pán)通常占據(jù)封裝底部30%-50%面積,直接與芯片背面接觸。這種結(jié)構(gòu)從根源上縮短了信號(hào)傳輸路徑,使寄生電感降至1nH以下,遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)封裝的5-10nH,為高頻開(kāi)關(guān)場(chǎng)景提供了基礎(chǔ)。同時(shí),無(wú)引腳設(shè)計(jì)避免了引腳彎曲、斷裂的機(jī)械風(fēng)險(xiǎn),提升了器件在振動(dòng)環(huán)境下的可靠性。
同時(shí)TOLL封裝通過(guò)“芯片-散熱焊盤(pán)-PCB散熱層”的直連散熱路徑,配合高導(dǎo)熱環(huán)氧塑封料與銅基基板(或BT樹(shù)脂基板),大幅降低熱阻。典型TOLL封裝的結(jié)到PCB熱阻值僅為1.2-1.5℃/W,而傳統(tǒng)TO-247封裝熱阻值高達(dá)2.5-3.0℃/W。部分高端產(chǎn)品還通過(guò)優(yōu)化封裝材料與結(jié)構(gòu),進(jìn)一步提升散熱效率,相較于傳統(tǒng)TO-263-7L封裝散熱性提升約39%,可有效控制高頻工作時(shí)的芯片結(jié)溫。
因此,TOLL封裝形成了小型化、低寄生參數(shù)、高效散熱、高兼容性低成本等優(yōu)勢(shì),這也令其成為釋放GaN、SiC等寬禁帶半導(dǎo)體性能的關(guān)鍵載體。近期ROHM、TI等廠商的新品落地,將其應(yīng)用從工業(yè)設(shè)備拓展至AI服務(wù)器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、薄型電源等新興場(chǎng)景,驗(yàn)證了其在高功率密度、空間受限場(chǎng)景下的核心價(jià)值。隨著新能源產(chǎn)業(yè)與高端電子產(chǎn)業(yè)的持續(xù)升級(jí),TOLL封裝有望進(jìn)一步向多芯片集成、更高耐壓、更薄封裝方向演進(jìn),成為功率電子領(lǐng)域的主流封裝方案,推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)向更高效、更緊湊、更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。
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