TI(德州仪器)：优化热性能和突破芯片级功率密度障碍的3个关键领域

几乎每个应用中的半导体数量都在成倍增加，电子工程师面临的诸多设计挑战都归结于需要更高的功率密度。例如下面这几类应用：

超大规模数据中心：机架式服务器工作使用的功率让人难以置信，这让公用事业公司和电力工程师难以跟上不断增长的电力需求。

电动汽车：从内燃机到 800V 电池包的过渡会导致动力总成的半导体组件数量呈指数增加。

商业和家庭安防应用：随着可视门铃和互联网协议摄像头变得越来越普遍，它们的尺寸越来越小，这对必要的散热解决方案增加了约束。

实现更高功率密度的障碍是什么？实际上，热性能是电源管理集成电路 (IC) 在电气方面的附加特性，既无法忽略也不能使用系统级过滤元件“优化”。要缓解系统过热问题，需要在开发过程的每个步骤中进行关键的微调，以便设计能够满足给定尺寸约束下的系统要求。以下是TI(德州仪器)专注于优化热性能和突破芯片级功率密度障碍的三个关键领域。

1、工艺技术创新

许多全球半导体制造商都在竞相提供电源管理产品，这些产品利用工艺技术节点在业界通用封装中实现更高的性能。例如，TI持续投资 45nm和65nm工艺技术，利用内部技术开发以及300mm制造效能来提供针对成本、性能、功率、精度和电压电平进行优化的产品。工艺技术进步，有有助于创造出在各种热条件下保持高性能的产品。例如，降低集成金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的特定导通状态电阻(RSP)或漏源导通状态电阻(RDS(on))，可以更大限度地减小芯片尺寸，同时提高热性能。氮化镓(GaN)或碳化硅等其他半导体开关也是如此。

以 TPS566242降压转换器为例，新的工艺节点通过集成功能并提供额外的接地连接优化了引脚布局，有助于在1.6mmx1.6mm SOT-563封装中提供6A输出电流。

除了在工艺技术层面提高效率之外，创造性的电路设计在提高功率密度方面也发挥着重要作用。设计人员历来使用分立式热插拔控制器来保护大电流企业应用。这些元件可以提供可靠的保护功能，但随着终端设备制造商(和消费者)需要更大的电流能力，分立式电源设计可能会变得过大，尤其是对于服务器电源单元(PSU)等通常需要300A或更高电流的应用。

TPS25985电子保险丝将集成式0.59mΩ FET与电流检测放大器搭配使用。这个放大器，加上一种新的有源电流共享方法，可让你轻松进行温度监控。通过结合使用高效的开关与创新的集成方法，TPS25985可以提供高达70A的峰值电流，并且你可以轻松堆叠多个电子保险丝，获得更高的功率。

2、热优化封装研发

尽管减少散发到印刷电路板 (PCB) 或系统中的热量是一项基本要求，但现实情况是，过多的热量仍然存在，尤其是在功率要求更高或系统环境温度升高的情况下。TI最近增强了其 HotRod™ Quad-Flat-No lead (QFN) 封装的性能，包含更大的裸片连接焊盘 (DAP)，可实现更好的散热。

3、系统级散热解决方案

对于服务器PSU等大功率应用，具有顶部冷却功能的GaN是一种非常有效的散热方法，可以在不使 PCB 变热的情况下去除 IC 中的热量。LMG3522R030-Q1 GaN FET在顶部冷却封装中集成了栅极驱动器和保护功能。

当然，考虑到诸如 PCB 层数或组装流程和系统成本限制等不同，您可能希望拥有灵活的冷却选项。在这些情况下，LMG3422R030集成式 GaN FET等底部冷却IC可能更适用。

只有采用多方面的工艺和封装技术并具备电源设计专业知识，才能在降低热影响的同时保持高性能。在TI，的产品设计人员、系统工程师、封装研发和制造团队都密切关注散热问题，从而在不影响热性能的情况下实现更高的功率密度。

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