Bild 1: Das 3D-Modell eines PQFN-Gehäuses mit Dual-Cool-Technologie für verbessertes Wärmemanagement lässt die beidseitige Wärmeableitung vom Silizium-Chip erkennen.

Bild 1: Das 3D-Modell eines PQFN-Gehäuses mit Dual-Cool-Technologie für verbessertes Wärmemanagement lässt die beidseitige Wärmeableitung vom Siliziumchip erkennen. ON Semiconductor

Kupferclips statt Bonddrähte

An den Leadframes ersetzen großflächige Kupferclips die Bonddrähte (Bild 1), womit die Dual-Cool-Technologie die Wärme- und Stromleitfähigkeit des Gehäuses verbessert und dadurch die Leistungsdichte erhöht. Bereits ein konventionelles PQFN-Gehäuse mit Clips bietet eine 13,9 Prozent bessere Wärmeleitfähigkeit als ein PQFN-Gehäuse mit Bonddrähten. Mit Dual-Cool-Technik erhöht sich dieser Wert auf 57,5 Prozent (Bild 2).

Letztere verwendet 0,1016 mm dünnes Silizium, was etwa der Hälfte der normalerweise üblichen MOSFET-Dicke entspricht, wodurch sich die thermische und elektrische Leistungsfähigkeit weiter verbessert. Die obere und untere Oberfläche des Chips sind beschichtet, um Lötverbindungen des Drain-Leadframes an der Unterseite und der Source- und Gate-Clips an der Oberseite zu ermöglichen. Um die Wärmeübertragung vom Chip zur Oberseite des Gehäuses zu verbessern, wird ein wärmeleitendes Element (Heat Slug) an den Source-Clip gelötet. Die Lötverbindung des Siliziums an den Leadframe (mit optimierten Kupferclips) verringert elektrische und thermische Störeffekte zusätzlich.

Den Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse (θJC) bestimmen zwei Parameter, der eine zwischen Sperrschicht und Drain-Tab (Rth Junction – case) und der andere zum oberen Wärmeableiter (Bild 3). Das Datenblatt führt diese Werte für jeden Baustein auf und bietet somit ein Maß für die zwei effizientesten Wärmepfade aus dem Bauteil heraus. Leistungselektronikentwickler können hierüber die passende Option für das Kühlungskonzept für Schaltungen mit hohen Leistungsdichten auswählen.

Dual Cool für Power-Trench-MOSFETs

Bild 2: Die Wärmeleitfähigkeit des Dual-Cool-Gehäuses ist um über 60% besser als die des Standard-PQFN.

Bild 2: Die Wärmeleitfähigkeit des Dual-Cool-Gehäuses ist um mehr als 60 % besser als die des Standard-PQFN. ON Semiconductor

Die Power-Trench-MOSFETs von ON Semiconductor bieten sehr gute elektrische Eigenschaften, einschließlich sehr niedriger RDS(on)-Werte, wodurch sie gut mit dem Dual-Cool-Gehäusekonzept für optimiertes Wärmemanagement kombinierbar sind. Mit integrierter monolithischer Sync-FET-Schottky-Bodydiode eignen sich diese Bausteine ideal für Leistungselektronikanwendungen. Die Kombination aus Dual Cool und Power Trench hat bei gleichem Platzbedarf wie PQFN-Jedec-Standardbausteine eine um mehr als 60 Prozent bessere Wärmeleitfähigkeit.

Dual-Cool-Power-Trench-MOSFETs mit Kühlungsflächen auf der Oberseite (Bild 4) haben eine weitaus bessere Wärmekopplung zur Oberseite des Bausteins. In vielen Fällen kommen sie ohne einen zusätzlichen Kühlkörper zum Einsatz, was Größe, Kosten und Gewicht der Baugruppe oder des Systems verringert. Mit der fortschrittlichen Zwei-Wege-Wärmeableitung und den verbesserten parasitären Eigenschaften gegenüber herkömmlichen verdrahteten Bausteinen bieten sich beim Einsatz eines Kühlkörpers sogar noch bessere Ergebnisse.

Labortests haben gezeigt, dass Kühlkörper zusammen mit dem Dual-Cool-Gehäuse bei einem synchronen Abwärtswandler einen höheren Ausgangsstrom und eine höhere Leistungsdichte liefern. Mit ON Semiconductors Trench-Silicon-Technologie bietet Dual Cool beste Ergebnisse in Bezug auf die Leistungsdichte, die Wärmeableitung und damit beim Wärmemanagement.

 

Auf der folgenden Seite erfahren Sie, welche Gehäuse und Kühlkörper in Dual-Cool-Technologie zur Verfügung stehen.

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