T2PAK：专为汽车与工业高压应用设计的顶部散热封装方案
概述
在持续拓展先进功率封装产品线的过程中，安森美（onsemi）推出了两款专为汽车与工业领域高压（HV）应用设计的顶部散热封装——T2PAK与BPAK。相较传统依赖印刷电路板（PCB）散热的底部散热封装（如D2PAK和TOLL），这两款新型封装通过与外部散热器直接接触实现高效热传导，显著提升了热管理性能。
T2PAK在结构设计上更进一步，结合顶部散热与无引线封装优势，有效缩减了电流回路长度，大幅降低杂散电感。这种优化不仅提高了开关性能，还减少了电压过冲，并增强了电磁兼容性（EMC），使其在高效率、高功率密度应用中具有明显优势。
此次技术更新显著提升了系统的整体功率密度，满足了现代高性能电源设计日益增长的需求。首批搭载T2PAK封装的产品包括九款来自Elite-SiC平台的碳化硅（SiC）MOSFET。
主要应用领域与设计建议
该技术文档主要面向车载充电器（OBC）、高压DC/DC变换器及工业开关电源（SMPS）的硬件工程师。内容涵盖T2PAK封装结构解析、焊接规范、湿度敏感等级（MSL）说明及贴装建议。
换流回路设计部分深入探讨了T2PAK在高频率开关应用中的关键布局要点，而热性能分析部分则重点评估了其在实际运行环境下的可靠性。
附图展示包括封装视图、引脚配置及机械轮廓，便于设计人员直观理解封装结构。
T2PAK封装结构详解
T2PAK封装的机械轮廓如图3所示，其封装尺寸为11.80mm × 14.00mm × 3.63mm（D × E × A），包含引脚的整体平面尺寸为18.50mm × 14mm（H × H1）。
作为高功率表面贴装封装，T2PAK与D2PAK在电气焊盘布局上类似，但热管理机制存在本质差异。D2PAK依赖PCB铜层散热，而T2PAK采用集成通孔引脚直接连接散热器，从而实现更高效的热传导。
以32mΩ器件为例，T2PAK的结壳热阻为0.7℃/W，优于D2PAK的0.75℃/W；在低阻值12mΩ器件中，T2PAK热阻更可降至0.3℃/W，展现出更佳的热性能。这一特性使其特别适用于对散热要求苛刻的汽车功率模块和高效率DC/DC变换器。
焊盘布局与回流焊工艺
图4展示了推荐的PCB焊盘布局，其中引脚1为栅极，引脚2为开尔文源极，引脚3至7为源极连接，漏极通过大型焊片与中央漏极焊盘连接，构成主散热区域。
为确保焊接质量，T2PAK封装建议采用回流焊工艺。预热阶段需控制温差不超过100℃，最大升温速率不超过5℃/s，峰值温度不超过260℃，且高于245℃的时间不得超过10秒。
在Sn-Pb和Pb-Free两种焊料体系中，需分别设置不同温度曲线。例如，无铅焊料需达到217℃的熔点，回流温度曲线应参考安森美应用笔记SOLDERRM，具体曲线见图5。
回流焊参数推荐
- 预热温度范围：Sn-Pb（100-150℃），无铅焊料（150-200℃）
- 预热时间：60-120秒
- 升温速率：不超过3℃/s
- 液相线以上停留时间：60-150秒
- 峰值温度：245℃
- 峰值温度维持时间：30秒
- 降温速率：6℃/s
为避免二次回流导致的器件移位，T2PAK在双面PCB中应安排在最后焊接。返修作业则建议采用局部加热方式。
湿度敏感等级（MSL）
根据JEDEC J-STD-033与J-STD-020标准，T2PAK被归类为MSL1等级，具备较长的存储期限，无需干燥包装，操作便捷。
热界面材料（TIM）选择与贴装
为确保T2PAK在高功率应用中保持稳定运行，建议在器件与散热器之间引入合适的热界面材料（TIM）。液态间隙填充材料因其良好的适应性与可调性成为常用方案。
安森美推荐TIM材料的导热系数应高于5W/(m·K)，同时需考虑厚度与绝缘性能之间的平衡。液态填充材料在固化过程中可能发生收缩，因此涂覆量和固化工艺应严格控制。
预成型垫片与陶瓷绝缘材料
预成型间隙填充垫片可提供稳定的厚度控制，但成本较高且贴合性略差。陶瓷材料如氧化铝（Al2O3）或氮化铝（AlN）则适合对绝缘要求较高的场合。
换流回路优化建议
在高速开关应用中，换流回路的寄生电感直接影响系统效率与可靠性。T2PAK凭借其顶部散热结构，允许更紧凑的电气布线，有助于构建低电感回路。
如图9所示，半桥拓扑结构中，两个T2PAK器件并排布局，通过优化PCB走线与过孔连接，实现9nH的低回路电感，显著优于传统底部散热封装。
热性能测试与验证
通过在T2PAK封装上集成碳化硅（SiC）MOSFET并采用6.2W/(m·K)导热垫片进行实验，测得结到壳热阻（Rth(j-f)）为1.06K/W，通过增加装配扭矩至0.35Nm，热阻进一步降至0.93K/W。
该结果验证了T2PAK在热管理方面的优越性，尤其在搭配高性能TIM材料与适当夹紧力时，可实现高效的散热性能。
测试设备与方法
- 被测器件：NVT2016N065M3S SiC MOSFET
- 导热材料：TG-A6200，导热系数6.2W/(m·K)
- 温度测量：TEWA TTS-5KC3-BZ NTC热敏电阻
- 冷却方式：50/50水-乙二醇混合液，流速6.0L/min
参考文献
- IPC/JEDEC J-STD-020E，《非密封表面贴装器件湿度/回流敏感性分类联合行业标准》，2014
- 《焊接与贴装技术参考手册》SOLDERRM?D.PDF, onsemi
- JEDEC JEP140，《半导体封装的珠状热电偶温度测量》，2002
- IPC/JEDEC J-STD-033D，《湿度、回流及工艺敏感器件的操作、包装、运输和使用联合工业标准》，2018
- MG Chemicals 832HT-A，高温环氧树脂数据手册，2025
- TG-A6200超柔性导热垫数据手册
- K. Siebke等，“高功率密度GaN交错式双向升压转换器”，PCIM Europe 2017
- B. Strothmann等，“碳化硅功率SMD器件散热策略及其应用”，PCIM Europe 2020
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