作者：何通，来源：英飞凌工业半导体
随着AI服务器电源、数据中心PSU和高功率密度电源的发展，传统底部散热（Bottom Side Cooling）方案逐渐面临热管理挑战和布局限制。Top Side Cooling（TSC）通过将热传导路径与功率PCB分离，可采用标准FR4 PCB，驱动电路及其他元件可灵活布置在PCB正反两面，从而实现更低热阻、更高功率密度以及更紧凑的系统设计。 从机械设计角度看，这种方案能减少PCB堆叠层数、缩小体积需求，同时降低互联与组装复杂度(如下图)。从电气设计角度而言，其重要优势在于更短的栅极回路和整体更低的寄生电感，从而实现更干净的开关波形并减少过冲现象。
使用顶部散热器件在应用中具有如下优势：
系统复杂度降低
- 更少的PCB层数和互联结构，显著提升功率密度和系统可靠性；
- 简化组装流程，同时充分利用功率PCB的双面布局，进一步降低系统成本并提高可靠性。
成本与热管理优化
- 取消传统IMS基板，在保持系统低热阻（Rth）的同时降低材料成本。
电气性能提升
- 更短的回路设计有效降低杂散电感，改善栅极控制，从而减少系统损耗并提升整体效率。
Q-DPAK顶部散热封装不仅能够优化热性能，还能够缩短开关回路、降低寄生电感并提高系统可靠性。目前常见安装方案包括：
- 弹簧压接固定
- 铆钉或螺丝固定
- 导热粘胶固定
下面将逐一对这些安装方案进行详细解读。
采用散热器弹簧进行固定
类似于传统 TO-220（插件式）封装，将器件安装到散热器上的常见做法是利用弹簧施加压力，将器件固定在散热器上。Q-DPAK也可以用类似的方式固定，弹簧可以安装在散热器加工出的固定槽或螺母座中，也可以直接将器件压紧在冷却板表面。
如下图所示，这种弹簧结构还可用于将覆有绝缘膜的 MOSFET 子板压接到铜冷板上。即使需要尝试不同的设计方案，也能够方便、快速地更换 MOSFET 板卡。
这种方法简单高效，不仅有利于热量在铜板上的均匀扩散，而且能够获得良好的散热效果。
采用推压铆钉(或螺丝)进行固定
一种常见且成熟的安装方案是利用推压铆钉将器件与散热器固定连接。该方案有助于减小系统整体高度，适用于对空间要求较高的应用场景。
多项实验结果表明，该结构能够替代传统的 TO-220FP 器件及其在电视电源中的长条型平板散热器安装方式，在保持良好散热性能的同时，实现更加紧凑的系统设计。
另外，当散热器顶部安装的器件数量较多，或需要更高机械强度固定时，也可以使用传统的螺丝压紧安装的方式进行固定，如下图。
使用导热粘胶进行固定
如图下图所示，除了上述的两种方式，第三种方案是在 MOSFET 与散热器之间加入粘胶进行连接，而无需使用专用紧固件。
一种典型的解决方案是 Bond-Ply 导热粘接胶带
Bond-Ply导热粘接胶带能够在器件与散热器之间形成机械连接。同时，它还能保证良好的热传导性能，从而无需额外使用机械紧固件。
此外，其采用的低模量硅胶设计，具备良好弹性，能够有效缓冲由装配过程产生的机械应力，以及冲击和振动带来的应力，避免应力集中传递至器件封装内部，在提供优异散热性能的同时，确保长期可靠性。
Q-DPAK三种安装方案优缺点总结如下：
随着AI数据中心以及高功率服务器PSU对功率密度要求不断提高，顶部散热（Top Side Cooling）正在成为功率半导体封装的重要发展方向。相比传统底部散热方案，Q-DPAK封装能够实现更优热管理、更低寄生参数以及更灵活的PCB布局。结合弹簧压接、螺丝固定和导热胶粘接等不同安装方式，设计人员可根据可靠性、成本和功率密度需求选择最合适的实施方案，为下一代高功率系统提供更高效的散热解决方案。由此引申出来的多种热界面材料的导热方式，我们也会在后续的文章中再做讨论。