TOLT（Transistor Outline Leaded Topside）封装是一种半导体器件的封装形式，以下是对TOLT封装的详细介绍：

一、基本概念

TOLT封装是一种顶部散热（Top Side Cooling）的封装形式，其设计旨在优化半导体器件的散热性能，同时保持较小的占板面积和高度。这种封装形式特别适用于需要高功率密度和大电流应用的场合。

▲ 图1：Thin-TOLL 8x8 和 TOLT 封装

目前，英飞凌正在通过采用 Thin-TOLL 8x8 和 TOLT 封装的两个全新产品系列，扩展其 CoolSiC™ MOSFET分立式半导体器件 650 V产品组合。这两个产品系列基于CoolSiC™ 第2代（G2）技术，在性能、可靠性和易用性方面均有显著提升，专门用于中高档开关模式电源（SMPS），如AI服务器、可再生能源、电动汽车充电器、大型家用电器等。

二、主要特点

顶部散热设计：TOLT封装的最大特点是其顶部散热方式。与传统的底部散热封装相比，TOLT封装将散热路径缩短，热量可以直接从封装顶部传导至散热器，从而显著提高了散热效率。这种设计使得TOLT封装在保持较小占板面积的同时，能够处理更高的功率和电流。

小占板面积：TOLT封装的尺寸紧凑，占板面积小，这使得它非常适合于高密度电源和紧凑型电子系统。此外，由于封装内的引线框架倒置，漏极焊盘暴露在封装顶部，进一步优化了空间利用。

低热阻：得益于顶部散热设计，TOLT封装显著降低了管芯和散热器之间的热阻。这意味着更多的热量可以通过散热器传递出去，减少了热量在PCB和封装内部的积累，从而提高了系统的整体热性能。

高可靠性：TOLT封装经过严格的测试和验证，确保其能够在恶劣的工业环境中稳定运行。此外，由于散热器没有安装在PCB下方，也没有热量通过MOSFET底侧传递到电路板，因此栅极驱动器或电容可以放在PCB的另一侧，这有助于优化PCB布局并降低热应力对器件的影响。

三、封装设计

新 TOLT 封装的概念不同于标准的底部散热功率 MOSFET。在 TOLT 中，封装内的引线框架倒置，漏极焊盘（芯片底部 = 漏极连接）暴露在封装顶部。图2 为带有倒置引线框架的封装的侧视图。

▲ 图2： TOLT 侧视图

图3 和图4 为栅极、源极和漏极引脚。一排八个引脚连接到顶部的裸露焊盘，以与电路板进行漏极连接。在封装的另一侧，一个引脚用于栅极控制，其余七个引脚连接到电流源极。

▲ 图3： TOLT 3D视图

▲ 图4： TOLT 底视图

图5为 TOLT 封装尺寸细节。两个方向的高度容差都保持在±0.05 mm。负引脚本体高差的容差为 0.01 至 0.16 mm。

▲ 图5：尺寸图

顶部散热不仅可以获得更高的应用功率，而且还有其他几个重要优势。在标准散热方案中（图6），散热器通常安装在 PCB 下方。从芯片到外部的热传递路径如下：这种解决方案的缺点是热性能降低，具体取决于 PCB 和 TIM/导热膏参数。这些组件的导热性差可能会导致过热和应用功率降低，还可能意味着需要更高的散热成本。此外，组装板需要承受更高的温度，这就需要使用更昂贵的 PCB。

▲ 图6：背面散热方式中的热路径

而得益于顶部散热方案（图7），热路径可以显著缩短：通过消除热路径中的 PCB 和焊料互连来减少热路径对 MOSFET 性能有巨大的影响。

▲ 图7：顶部散热方式中的热路径

英飞凌研究了这两种解决方案比较：

1．依托顶部散热设计，漏极暴露在封装表面，显著降低管芯和散热器之间的热阻，可将 95% 的热量通过散热器传递，只有5%通过PCB传递(图8)，诸如 TOLL 或 D2PAK 等底部散热型封装(图9)，其热量均通过 PCB 传导至散热片，从而会导致功率损耗较高。

▲ 图8：顶部散热设计

▲ 图9：底部散热设计

2．SMD组件可以放置在PCB底部的TOLT MOSFET下方(图10)，以优化可用面积；

▲ 图9：TOLL & TOLT 散热示意图

3．TOLT增加电流/功率处理能力，相较于 TOLL 封装，TOLT 封装的 RthJA 降低了 20%，RthJC 改善近 50%, Rth(J-heatsink) 降低了36% (图11)。

▲ 图11： TOLL & TOLT 比较

4．额外优势

除了可以为散热系统实现更高的功率密度或节省成本外，TOLT 产品还有其他优势。以下是一些示例：

由于散热器没有安装在 PCB 下方，也没有热量通过 MOSFET 底侧传递到电路板，因此栅极驱动器或电容可以放在 PCB 的另一侧。这样的解决方案能够更有效地利用 PCB 空间。
增加爬电距离（源极和漏极电势之间的距离）。
可以使用具有较低玻璃化转变温度的 PCB。
传递到 PCB 和附近组件中的热量更少。

5．热界面材料厚度

为保证 TOLT 封装的最佳热性能，并保证封装尽可能低的热阻，优化 TIM 厚度就显得至关重要。英飞凌为 TOLT 封装模拟了几种不同 TIM 厚度的情况（图12），从而分析其对从结到散热片总 RTH 的影响。在模拟中，散热片温度固定为 85°C 的环境温度。

▲ 图11：为 Rth 对于不同 TIM 厚度的 TIM 热导率的相关性

三、应用领域

TOLT封装因其优异的散热性能和小巧的尺寸，被广泛应用于各种需要高功率密度和大电流的应用场合。这些应用包括但不限于：

电动汽车：在电动汽车的电机驱动器和电池管理系统中，TOLT封装能够提供稳定的高功率输出，同时保持较小的占板面积和重量。

数据中心：数据中心中的服务器和存储设备需要高效、可靠的电源供应。TOLT封装能够满足这些设备对高功率密度和低热阻的需求。

可再生能源：在太阳能和风能等可再生能源系统中，逆变器是关键组件之一。TOLT封装能够提供高效、可靠的逆变功能，同时降低系统的整体热阻和成本。

工业自动化：在工业自动化领域中，各种传感器、执行器和控制器需要稳定、可靠的性能。TOLT封装能够满足这些设备对高功率密度和散热性能的需求。

四、发展趋势

随着半导体技术的不断发展和应用需求的不断变化，TOLT封装也在不断演进和改进。未来的发展趋势可能包括：

更高的功率密度：通过优化封装结构和材料，进一步提高TOLT封装的功率密度和散热性能。

更小的尺寸：随着电子系统的小型化和集成化趋势，TOLT封装可能会进一步减小尺寸，以适应更紧凑的应用场合。

更智能的散热管理：结合先进的散热材料和智能散热管理系统，实现更高效的散热和更低的能耗。

综上所述，TOLT封装以其优异的散热性能、小巧的尺寸和高可靠性，在各种高功率密度和大电流应用中发挥着重要作用。随着技术的不断进步和应用需求的不断变化，TOLT封装将继续发展并满足更多领域的需求。