半导体封装技术在过去 20 年里取得了长足的进步，特别是在集成了功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的直流/直流转换器领域。Single-outline No-lead 和 Quad Flat No-lead (QFN) 封装已取代穿孔和引线式封装，能够以极小的外形处理高输出电流。新的封装技术有助于解决更小型的半导体封装通常会面临的设计和布局方面的挑战，并且新的 QFN 封装技术可用于直流/直流转换器，与传统的引线键合和倒装芯片 QFN 封装相比有所改进。遗憾的是，直流/直流转换器会产生并散发大量热量，而且会受封装和电路板寄生效应的影响，并且由于芯片不同，封装技术的比较通常并无定论。

在本文中，我们将采用两个负载点直流/直流转换器，并使用相同芯片提供最高达 20A 的电流，以便直接比较传统倒装芯片 HotRod™ 封装和新型倒装芯片增强型 HotRod™ QFN 封装，展示二者在热性能、开关节点振铃、瞬态、效率和布局方面的差异，进而帮助您确定增强型 HotRod QFN 封装是否更适用于您的应用，以及它是否有助于改善电源密度和性能以消除因采用新技术而产生的任何潜在质疑。

增强型 HotRod QFN 封装包含更加灵活的布局。借助此封装，您能够将外部元件放置在更靠近集成电路 (IC) 的地方，并通过改进芯片和引线框之间的互连来减少寄生效应。半导体制造商越来越多地为更小型的电路设计直流/直流转换器，而且直流/直流转换器内部的间距更小，同时采用更小型的封装。这样一来，与单层引线框相比，多层引线框可为 IC 内部设计带来优势和灵活性。为方便比较，我们使用了引脚间距为 0.5mm 的增强型 HotRod QFN 封装直流/直流转换器，可更轻松地满足焊接制造偏好和板级可靠性要求。

为了展示每种封装类型的性能，我们设计并构建了两个不同的电源，同时使每个电源的设计和工作条件尽可能相同。我们选择对 16V、20A TPS548B27 和 TPS548B28 同步降压转换器进行比较。二者都采用 3mm x 4mm QFN 封装。两款器件的唯一差异是每个封装的机械结构。

图 2-1 所示为 TPS548B27 19 引脚增强型 HotRod QFN 封装，引脚间距为 0.5mm。图 2-2 所示为 TPS548B28 21 引脚 HotRod 封装，引脚间距为 0.4mm。仔细检查引脚排列后发现，每种封装中集成了相同的电路。我们将数个引脚转移到了增强型 HotRod QFN 封装的较小侧，以适应 0.5mm 引脚间距，并减少了 PGND 引脚的数量。得益于增强型 HotRod QFN，这一更改得以实现，而且无需重新设计芯片金属，这也很好地展示了这种新型封装技术的灵活性。

对于每一种设计，输入电压为 12V，输出电压为 1V，并且每个器件的输出电流都能够达到 20A。这些是为高性能处理器供电的典型要求，如高电流现场可编程门阵列或应用特定集成电路处理器。我们为每个电源选择了 600kHz 开关频率，两种设计均使用 Coilcraft XAL7070-301MEB 电感器，额定值为 300nH，直流电阻为 1.06mΩ。每种设计还使用相同数值的输入和输出陶瓷电容，以便优化设计从而实现高功率密度和小解决方案尺寸。

图 2-1 增强型 HotRod QFN 封装示例（顶视图）

图 2-2 HotRod 封装示例（顶视图）

图 3-1 显示了增强型 HotRod QFN 封装的电路板布局。图 3-2 显示了 HotRod 封装的布局。评估模块按照典型的用户应用方式进行布局，顶层、底层和内层各使用 2 盎司铜。顶部接地布线连接到底部和内部接地层，并在电路板周围放置多个过孔组。在每种设计中，输入去耦电容器和自举电容器全部放置在尽可能靠近 IC 的地方。为了限制噪声从输入电源进入转换器，使用了一个传统输入降压电容器，此外还将关键噪声敏感型模拟电路端接至顶层上的安静模拟接地岛。每种设计的布局非常相似，有助于更轻松地检测两种封装之间的性能差异。

图 3-1 增强型 HotRod QFN 封装布局

图 3-2 HotRod 封装布局

每个电路板均在 15A 电流下运行，当每种设计在同样的条件下运行时，测量了各自的 IC 温度。增强型 HotRod QFN 封装的 IC 温度为 70.3°C，如图 4-1 中所示。HotRod 封装的温度也是 70.3°C，如图 4-2 中所示。未观察到其他明显的差异。可以有把握地得出结论，两个封装示例之间的温度差异可能是由 IC 的批次间工艺变化引起的，如漏源导通电阻 (R_DS(on)) 或开关频率。增强型 HotRod QFN 封装与 HotRod 封装相比，在热性能上未带来任何改进或降级。

图 4-1 增强型 HotRod QFN 封装热性能图像

图 4-2 HotRod 封装热性能图像