在功率電子(power-electronics)的領域中，封裝的設計已經成為了具有顯著進步的重點。在十年以前，經過封裝的電源金屬氧化半導體場效電晶體(MOSFET)，其導通電阻還是以歐姆為計算階數；封裝部分則是以毫歐姆為計算階數。然而，隨著功率半導體之製程以及元件的設計工程師對於電源晶片的持續改進，製造商已經能夠使MOSFET之導通電阻降到大約只有一毫歐姆左右。
功率半導體封裝技術的關鍵地位
在現階段的功率半導體技術上，能夠影響電源以及電流容量等級的封裝電阻，對於商業用的電源元件來說是極為重要的。舉例來說，數年以前，一個元件能夠承受的最大工作電流會受到晶片性能的限制。而對於許多現今的合成樹脂封裝而言，最大電流則是會受到封裝的性能所限制。此外，封裝的技術對於導熱以及高速電子的性能也是極為重要的。
半導體的封裝具有三項基本功能：使晶片能夠與外部電流連結、使元件內部所產生與發散出來的熱量散出、以及保護晶片不受灰塵與濕氣的侵害。傳統的封裝包含有三項基本元素：導線架(lead frame)、接合線(bond wires)、以及塑封材料(molding compound)。這其中的每一項元素都在封裝性能中扮演了重要的角色。
在這近十年來，SO-8封裝以及其衍生的技術在微型電源晶片封裝領域中已經具有支配的地位。熱特性改良SO-8封裝藉由較短的導熱路徑來改善導熱的性能。熱特性改良SO-8封裝不使用較薄的接合線，而是將晶片黏著於與導線相連接的銅質墊片上。舉例來說，經過熱特性改良的四邊扁平無接腳(QFN)封裝能夠對PCB提供比SO-8封裝還要低的導熱與電子阻抗。
改良熱傳導性的封裝演進趨勢
封裝材料的熱傳導性k是以W/mK9每公尺每度絕對溫標下的瓦特數)來表示。一般常見的功率半導體所採用的環氧樹脂塑封材料，其 k值的範圍介於0.9到 1W/mK之間。塑封材料能夠保護半導體免於受到污染物的干擾，因為其可以將熱量自晶片中導出。在高功率的應用領域中，封裝的熱量傳導性通常會對元件的電流等級造成限制。
封裝工程師投注了大量的心力，專注在改善元件的導熱性能。目前已經有許多廠商考慮要將環氧樹脂封裝材料換成金屬材料，因為其具有更高的熱量傳導性，但是這種方法需要將半導體生產廠商的後段製程─封裝以及後封裝測試做全面的修改。然而這樣的方式所能帶來的好處是相當大的。舉例來說，International Rectifier的DirectFET封裝，其特點即在於具有金屬外殼，能夠提供385W/mK的熱傳導性。
圖說‧像是International Rectifier的DirectFET(之類的先進電源封裝不論是在DC或是高頻率上都具有優越的電子性能，同時也具有優越的導熱性能。這些封裝也具有較佳的體積效率以及雙面冷卻。
小型的表面黏著(surface-mount)封裝能夠增加電源的密度並且節省成本。近幾年來，在包括伺服器、通訊基礎架構、汽車、以及消費性電子等廣大應用領域中，TO-263(D2Pak)以及SO-8等的表面黏著封裝已經取代了TO-220、 TO-247、以及TO-251(I-Pak)之類的穿孔(through-hole)封裝。包括International Rectifier的DirectFET在內的更近期之先進封裝技術，能夠以早先所無法達到的功率密度以及更經濟的方式提供領先業界的電子與導熱性能。
小型金屬封裝(small-can)DirectFET的表面積大約是SO-8的60％，D-Pak的27％。中型金屬(medium-can)DirectFET的表面積與SO-8相當，但是具有較低的剖面高度0.7mm，而SO-8的剖面高度為1.7mm，相較之下能夠節省40％的體積。DirectFET具有較低的導熱與電子阻抗，可以讓封裝對電流位準加以管理，而在不採用DirectFET的狀況下，要達到此功能就需要更大型的封裝。
金屬封裝的DirectFET異軍突起
相對於傳統的封裝而言，DirectFET是將其晶片安放在銅質金屬容器中，而該容器內具有直接焊接在電路板上的晶片墊片。大型的裸晶片-線路-電路板的接觸面積會將熱傳導路徑最小化。這樣的結果使得裸晶片-線路-電路板的導熱阻抗最低能夠達到1°C/W，與D-Pak、D2Pak、以及SO-8相較之下是頗具優勢的。此外，DirectFET小巧的銅質包覆外殼能夠使接面至外殼(junction-to-case)的導熱阻抗僅只有3°C/W(使用散熱片則可以達到1.4°C/W)，相較之下SO-8則只能達到18°C/W。該封裝的低電子電阻也能夠針對特定的運作電流，藉由降低電源的浪費來協助改善導熱性能。
DirectFET的電感也比傳統的封裝來得低，這同樣也是由於晶片與應用裝置間的傳導路徑相當短所帶來的效果。當電路板的設計採用高頻率佈線技術時，該封裝可以改善高頻率的性能，並且使得共鳴最小化。
封裝對於其自身所包含的半導體提供了幾種熱量消散的路徑。在合成樹脂封裝上，由發散機構所產生的熱量會擴散與傳導至塑封材料中。然而環氧樹脂的傳導性是較弱的，只有大約1W/mK而已。最常包圍住塑封材料的空氣，其實是個良好的導熱絕緣體。對於OEM設計者來說，想要改善電源元件的熱量性能的可行方法就是增加散熱片，但這同時也會增加物料表以及組裝的成本，並且增加產品的體積與重量，否則就應該要選擇使用熱量傳導性較佳的材料予以封裝的元件。
表面黏著塑膠封裝是將電路板當成散熱片來使用。像是D2-Paks與SO-8之類的封裝，其具有臨界熱量(marginal thermal)的特色，並且很難搭配外部的散熱片使用。因此，熱流只能夠透過黏著端流散出，而這將會使電路板的溫度明顯的升高。
金屬封裝能夠藉由頂端做有效率的冷卻，並且原本就適合使用外部散熱片。如果想要享受到雙面冷卻的好處，可以使用導熱介面材料(TIM)來將散熱片與金屬容器表面之間的空隙填滿。TIM可以用最大400的係數來改善元件至散熱片介面上的熱量傳導性。環氧樹脂DirectFET封裝也具有較低的機械應力(mechanical stress)。
金屬除了能夠提供優越的導熱性能之外，在具有高平均電流的電路中─現今的合成樹脂封裝具有1.5至1.9毫歐姆的無晶片封裝電阻(DFPR)也能夠產生較低的熱量。另外金屬容器也可以選擇性的將DFPR降低至大約0.1毫歐姆左右。這項封裝散熱上的改善使高電流電路的導熱設計得以簡化，讓OEM設計者能夠享受到由先進電源封裝所帶來之電源密度的所有好處。
功率半導體封裝技術的關鍵地位
在現階段的功率半導體技術上，能夠影響電源以及電流容量等級的封裝電阻，對於商業用的電源元件來說是極為重要的。舉例來說，數年以前，一個元件能夠承受的最大工作電流會受到晶片性能的限制。而對於許多現今的合成樹脂封裝而言，最大電流則是會受到封裝的性能所限制。此外，封裝的技術對於導熱以及高速電子的性能也是極為重要的。
半導體的封裝具有三項基本功能：使晶片能夠與外部電流連結、使元件內部所產生與發散出來的熱量散出、以及保護晶片不受灰塵與濕氣的侵害。傳統的封裝包含有三項基本元素：導線架(lead frame)、接合線(bond wires)、以及塑封材料(molding compound)。這其中的每一項元素都在封裝性能中扮演了重要的角色。
在這近十年來，SO-8封裝以及其衍生的技術在微型電源晶片封裝領域中已經具有支配的地位。熱特性改良SO-8封裝藉由較短的導熱路徑來改善導熱的性能。熱特性改良SO-8封裝不使用較薄的接合線，而是將晶片黏著於與導線相連接的銅質墊片上。舉例來說，經過熱特性改良的四邊扁平無接腳(QFN)封裝能夠對PCB提供比SO-8封裝還要低的導熱與電子阻抗。
改良熱傳導性的封裝演進趨勢
封裝材料的熱傳導性k是以W/mK9每公尺每度絕對溫標下的瓦特數)來表示。一般常見的功率半導體所採用的環氧樹脂塑封材料，其 k值的範圍介於0.9到 1W/mK之間。塑封材料能夠保護半導體免於受到污染物的干擾，因為其可以將熱量自晶片中導出。在高功率的應用領域中，封裝的熱量傳導性通常會對元件的電流等級造成限制。
封裝工程師投注了大量的心力，專注在改善元件的導熱性能。目前已經有許多廠商考慮要將環氧樹脂封裝材料換成金屬材料，因為其具有更高的熱量傳導性，但是這種方法需要將半導體生產廠商的後段製程─封裝以及後封裝測試做全面的修改。然而這樣的方式所能帶來的好處是相當大的。舉例來說，International Rectifier的DirectFET封裝，其特點即在於具有金屬外殼，能夠提供385W/mK的熱傳導性。
圖說‧像是International Rectifier的DirectFET(之類的先進電源封裝不論是在DC或是高頻率上都具有優越的電子性能，同時也具有優越的導熱性能。這些封裝也具有較佳的體積效率以及雙面冷卻。
小型的表面黏著(surface-mount)封裝能夠增加電源的密度並且節省成本。近幾年來，在包括伺服器、通訊基礎架構、汽車、以及消費性電子等廣大應用領域中，TO-263(D2Pak)以及SO-8等的表面黏著封裝已經取代了TO-220、 TO-247、以及TO-251(I-Pak)之類的穿孔(through-hole)封裝。包括International Rectifier的DirectFET在內的更近期之先進封裝技術，能夠以早先所無法達到的功率密度以及更經濟的方式提供領先業界的電子與導熱性能。
小型金屬封裝(small-can)DirectFET的表面積大約是SO-8的60％，D-Pak的27％。中型金屬(medium-can)DirectFET的表面積與SO-8相當，但是具有較低的剖面高度0.7mm，而SO-8的剖面高度為1.7mm，相較之下能夠節省40％的體積。DirectFET具有較低的導熱與電子阻抗，可以讓封裝對電流位準加以管理，而在不採用DirectFET的狀況下，要達到此功能就需要更大型的封裝。
金屬封裝的DirectFET異軍突起
相對於傳統的封裝而言，DirectFET是將其晶片安放在銅質金屬容器中，而該容器內具有直接焊接在電路板上的晶片墊片。大型的裸晶片-線路-電路板的接觸面積會將熱傳導路徑最小化。這樣的結果使得裸晶片-線路-電路板的導熱阻抗最低能夠達到1°C/W，與D-Pak、D2Pak、以及SO-8相較之下是頗具優勢的。此外，DirectFET小巧的銅質包覆外殼能夠使接面至外殼(junction-to-case)的導熱阻抗僅只有3°C/W(使用散熱片則可以達到1.4°C/W)，相較之下SO-8則只能達到18°C/W。該封裝的低電子電阻也能夠針對特定的運作電流，藉由降低電源的浪費來協助改善導熱性能。
DirectFET的電感也比傳統的封裝來得低，這同樣也是由於晶片與應用裝置間的傳導路徑相當短所帶來的效果。當電路板的設計採用高頻率佈線技術時，該封裝可以改善高頻率的性能，並且使得共鳴最小化。
封裝對於其自身所包含的半導體提供了幾種熱量消散的路徑。在合成樹脂封裝上，由發散機構所產生的熱量會擴散與傳導至塑封材料中。然而環氧樹脂的傳導性是較弱的，只有大約1W/mK而已。最常包圍住塑封材料的空氣，其實是個良好的導熱絕緣體。對於OEM設計者來說，想要改善電源元件的熱量性能的可行方法就是增加散熱片，但這同時也會增加物料表以及組裝的成本，並且增加產品的體積與重量，否則就應該要選擇使用熱量傳導性較佳的材料予以封裝的元件。
表面黏著塑膠封裝是將電路板當成散熱片來使用。像是D2-Paks與SO-8之類的封裝，其具有臨界熱量(marginal thermal)的特色，並且很難搭配外部的散熱片使用。因此，熱流只能夠透過黏著端流散出，而這將會使電路板的溫度明顯的升高。
金屬封裝能夠藉由頂端做有效率的冷卻，並且原本就適合使用外部散熱片。如果想要享受到雙面冷卻的好處，可以使用導熱介面材料(TIM)來將散熱片與金屬容器表面之間的空隙填滿。TIM可以用最大400的係數來改善元件至散熱片介面上的熱量傳導性。環氧樹脂DirectFET封裝也具有較低的機械應力(mechanical stress)。
金屬除了能夠提供優越的導熱性能之外，在具有高平均電流的電路中─現今的合成樹脂封裝具有1.5至1.9毫歐姆的無晶片封裝電阻(DFPR)也能夠產生較低的熱量。另外金屬容器也可以選擇性的將DFPR降低至大約0.1毫歐姆左右。這項封裝散熱上的改善使高電流電路的導熱設計得以簡化，讓OEM設計者能夠享受到由先進電源封裝所帶來之電源密度的所有好處。
