MOSFET的失效很多都是由于過(guò)熱導(dǎo)致的，那么在選件選型，電路設(shè)計(jì)及PCB布局時(shí)就要格外注意應(yīng)用情況和設(shè)計(jì)余量，確保MOSFET的Tj不會(huì)超過(guò)其最大值。
MOSFET散熱設(shè)計(jì)一定要注意的幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)：
數(shù)據(jù)手冊(cè)中的熱阻值其實(shí)沒(méi)什么用
并不是散熱銅箔面積越大，散熱效果就會(huì)好
在元件正下方設(shè)置無(wú)電氣連接的銅箔對(duì)散熱也是有幫助的
過(guò)孔越多，散熱效果不一定越好
元件以外的溫度影響不容忽視
1. 數(shù)據(jù)手冊(cè)中的熱阻值其實(shí)沒(méi)什么用
在數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常會(huì)列出MOSFET 熱阻值Rth(j-a)和Rth(j-mb)
Rth(j-a): 指器件結(jié)點(diǎn)（die）到周圍環(huán)境的熱阻。可以理解為是MOSFET元件本身的固有屬性，無(wú)法通過(guò)外界的措施加以改善；
Rth(j-mb): 指器件結(jié)點(diǎn)到焊接襯底的熱阻。焊接襯底通常定義為焊接到 PCB 的點(diǎn)，也是唯一首要的熱傳導(dǎo)路徑。
但要注意的是，表格中給出的值是有測(cè)試條件的，如果不是一樣的測(cè)試條件，熱阻值將會(huì)不同。如表格下面的注釋中明確提到焊接在FR4類型的PCB上，只有一層銅箔，銅箔表面是鍍錫的，并且采用的是標(biāo)準(zhǔn)的焊盤封裝。
然而在實(shí)際的PCB布局上，基本上都不是只有一層銅箔，也有可能用沒(méi)有鍍錫的OSP材質(zhì)的PCB，所以數(shù)據(jù)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)是絕對(duì)不能直接應(yīng)用在實(shí)際產(chǎn)品的溫度計(jì)算中的，而是要根據(jù)實(shí)際的電路消耗和PCB布局情況通過(guò)仿真或者測(cè)量的方式來(lái)獲得真實(shí)可信的溫度Tj數(shù)據(jù)。
2. 并不是散熱銅箔面積越大，散熱效果就會(huì)好
通過(guò)下面的仿真模型來(lái)看一看散熱銅箔面積與元件Tj的關(guān)系。
下面的仿真模型為一個(gè)MOSFET器件焊接在了尺寸為 40 x 40 mm，F(xiàn)R 4 材質(zhì)的 PCB 上，元件下面的直接相接觸的銅箔為邊長(zhǎng)x mm的正方形，周圍環(huán)境溫度為20°C。
經(jīng)過(guò)擴(kuò)大焊盤銅箔的邊長(zhǎng)，不斷地進(jìn)行Tj的仿真，繪制出下面的曲線。可以看出：
結(jié)點(diǎn)溫度Tj很大程度上依賴于邊長(zhǎng)x，或者說(shuō)是單層銅箔的面積。
但隨著銅箔面積的增大，Tj的下降將放緩，增大到一定面積后，Tj將不再受銅箔面積的影響。這也展示了“效果遞減法則”的道理。
所以并不是焊盤的銅箔面積越大，元件的散熱效果就越好。
3. 在元件正下方設(shè)置無(wú)電氣連接的銅箔對(duì)散熱也是有幫助的
上面展示了一層PCB板，將散熱銅箔面積增加到一定大小之后，散熱效果將不再明顯。那么這時(shí)我們就可以將PCB板變?yōu)閮蓪影澹⒃谠恼路教砑酉鄳?yīng)的銅箔幫助散熱，即使沒(méi)有電氣連接的過(guò)孔也是有幫助的。
基于第二部分的仿真模型，在元件的正下方設(shè)置面積為25mm x 25mm的銅箔，通過(guò)變化頂層焊盤銅箔的面積，發(fā)現(xiàn)即使沒(méi)有電氣連接性的銅箔也是對(duì)散熱是有幫助的。
原因可以理解為熱是通過(guò)熱輻射的方式進(jìn)行上下層之間的傳導(dǎo)的。
通過(guò)上面的仿真結(jié)果圖，當(dāng)頂層元件密度較高時(shí)，可以考慮將頂層銅箔面積從 25 x 25 mm 減小到大約 15 x 15mm，然后在底層添加25mm x 25mm的銅箔，這樣就可以保證相同的熱性性能（Tj都是56°C左右）。
4. 過(guò)孔越多，散熱效果不一定越好
一般來(lái)講在器件下方加入過(guò)孔可以提升熱性能，但我們卻很難知道需要加幾個(gè)過(guò)孔才是最佳的方案。添加過(guò)孔時(shí)要考慮EMC和PCB成本兩個(gè)方面，做到與散熱性能的平衡。
EMC：考慮到EMC向外輻射及信號(hào)互相串?dāng)_的路徑，一般需要PCB中有一層完整的地平面用來(lái)屏蔽，但過(guò)孔的增加勢(shì)必會(huì)將破壞地平面的整體性。
PCB成本：每一個(gè)過(guò)孔都是由鉆頭鉆出來(lái)的，所以會(huì)增加PCB制作的成本。
上面的仿真結(jié)果圖表明了從器件下面無(wú)過(guò)孔到器件下面有 20 個(gè)過(guò)孔，器件的Tj有明顯的下降。這清楚表明，熱能從 MOSFET 散熱片通過(guò)過(guò)孔傳導(dǎo)至第四層，其結(jié)果同預(yù)料的完全一致。
但也可以發(fā)現(xiàn)，盡管在器件下面逐步增加了過(guò)孔的個(gè)數(shù)（由20增加到了77個(gè)）卻沒(méi)有導(dǎo)致Tj額外的降溫。這是因?yàn)槲覀兗尤敫嗟倪^(guò)孔，雖然使得 PCB 板的層與層之間的熱傳導(dǎo)增加，但同時(shí)也減小了可以暴露在空氣中與器件接觸的第一層 PCB 銅箔的面積。
因此我們并沒(méi)有看到熱性能方面大幅提升。因此結(jié)論是通過(guò)加入過(guò)孔可以提高散熱性能，但繼續(xù)加入過(guò)多的過(guò)孔，對(duì)散熱性能不會(huì)有明顯的提升。
5. 元件以外的溫度影響不容忽視
MOSFET結(jié)合點(diǎn)溫度Tj是由自身發(fā)熱所產(chǎn)生的溫度和環(huán)境溫度共同組成的。
想辦法更好地散熱的同時(shí)也要注意到元件以外的溫度，如：
產(chǎn)品所在的環(huán)境溫度：一般為客戶需求，不能更改。
元件周圍是否有其他高功率，大發(fā)熱量的器件：這會(huì)通過(guò)熱輻射的方式來(lái)提升元件周圍的溫度，造成理論設(shè)計(jì)計(jì)算中考慮不到的失效。
增加空氣對(duì)流散熱方式：產(chǎn)品是否可以加入風(fēng)扇來(lái)加快空氣流動(dòng)，提高散熱性能。
MOSFET的散熱不光靠焊接襯底，也可以通過(guò)管腳來(lái)散熱，所以增大管腳焊盤的銅箔面積也是有積極效果的。
極限情況下也可以考慮加入散熱片來(lái)增加散熱面積。
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