T2PAK：专为汽车与工业高压应用设计的顶部散热封装
在高压电源应用领域，封装结构对系统性能的影响日益显著。安森美（onsemi）近日推出了T2PAK和BPAK两款全新顶部散热封装，专为汽车与工业高功率应用而设计。
传统封装如D2PAK和TOLL主要依赖PCB进行散热，而T2PAK和BPAK采用创新的顶部散热结构，通过直接接触外部散热器，实现高效热传导。这种设计显著提升了热管理能力，尤其适用于高密度电源系统。
T2PAK凭借其无引线结构，优化了电流回路，降低了杂散电感，从而提升了开关效率、减少了电压过冲，并增强了电磁兼容性（EMC）。这一优势使其成为高密度、高效电源系统中的优选封装。
首批搭载T2PAK封装的产品来自安森美的Elite-SiC平台，包括九款碳化硅（SiC）MOSFET，这些器件已被广泛应用于电动汽车和工业系统中。
本应用笔记旨在为从事车载充电机（OBC）、高压DC/DC转换器和开关电源（SMPS）设计的工程师提供指导。内容涵盖T2PAK封装的结构解析、焊接要点、湿度敏感等级（MSL）要求以及贴装建议。
此外，还重点探讨了换流回路设计原则和热性能评估方法，以帮助用户更好地理解和应用该封装。
T2PAK封装结构详解
T2PAK封装尺寸约为11.80mm × 14.00mm × 3.63mm，整体尺寸为18.50mm × 14mm，适用于紧凑型PCB布局。
相较于D2PAK，T2PAK在热路径设计上有明显优势。D2PAK依赖PCB铜层传导热量，而T2PAK通过集成通孔散热引脚直接连接外部散热器，从而提升了热效率。
以32mΩ器件为例，T2PAK的结壳热阻（RθJC）为0.7℃/W，优于D2PAK的0.75℃/W。在12mΩ低阻值器件中，优势更为明显，T2PAK热阻为0.3℃/W，而D2PAK为0.35℃/W。
因此，T2PAK特别适用于散热受限或需要高热裕量的应用场景，如电动汽车功率模块和工业驱动系统。
焊接工艺要点
在表面贴装过程中，焊盘的布局和尺寸设计至关重要。T2PAK推荐的焊盘布局可确保良好的焊接自对准效果。
焊接前，建议对器件进行充分预热，以减少热冲击和封装应力。根据焊接指南，预热与峰值温度差不应超过100℃，温度梯度不得超过5℃/s，峰值温度不超过260℃，且超过245℃的时间不得超过10秒。
冷却阶段应采用渐进方式，以避免因热胀冷缩导致的机械损伤。此外，T2PAK支持锡铅（Sn-Pb）和无铅（Pb-Free）焊接工艺，但需分别设置不同的温度曲线。
表3列出了推荐的回流焊温度曲线。在实际应用中，需根据PCB厚度、元件密度和焊膏特性进行调整。强制对流回流焊炉因其热均匀性高，特别适合T2PAK的焊接。
湿度敏感等级
根据JEDEC J-STD-033和J-STD-020标准，T2PAK被归类为湿度敏感等级1（MSL1），无需干燥包装，简化了存储与操作流程。
热连接与贴装设计
实现高效散热的关键在于热界面材料（TIM）的选择和涂覆工艺。T2PAK建议使用导热系数高于5W/(m·K)的液态间隙填充材料。
此外，可采用预成型导热垫或陶瓷绝缘层来增强绝缘性能，但需综合考虑成本与性能的平衡。
换流回路设计建议
换流回路的寄生电感直接影响开关损耗和系统效率。T2PAK的顶部散热结构允许更紧凑的电气布线，从而降低寄生电感。
通过双脉冲测试，T2PAK在半桥拓扑中实现了仅9nH的回路电感，显著优于传统底部散热封装。
热性能评估
测试表明，T2PAK在搭配高性能TIM并优化装配扭矩的条件下，可实现极低的结壳热阻（Rth(j-f)）。例如，在0.35Nm扭矩下，热阻可降至0.93K/W，比0.3Nm时的1.06K/W提升了12%。
这一表现验证了T2PAK在高功率应用中提升散热效率和系统可靠性的能力。
参考文献
- [1] 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年12月。
- [2] 《焊接与贴装技术参考手册》，SOLDERRM?D.PDF (onsemi.com)，访问日期：2024年9月。
- [3] JEDEC出版物JEP140，《半导体封装的珠状热电偶温度测量》，2002年6月。
- [4] IPC/JEDEC J-STD-0333D，《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年4月。
- [5] 高温环氧树脂封装灌封材料832-HT数据手册，2025年3月 tds?832ht?2parts.pdf。
- [6] TG-A6200超柔性导热垫数据手册，TG?A6200_UK.pdf。
- [7] K. Siebke等，“具有扩展散热能力的高功率密度GaN交错式双向升压转换器”，PCIM Europe 2017。
- [8] B. Strothmann等，“碳化硅功率SMD器件散热策略及其在不同应用中的运用”，PCIM Europe digital days 2020。
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