得益于晶圆减薄工艺与创新的封装,功率MOSFET在不断进步
扩散焊还不含铅, 它对ROHS这种“绿色环保”倡议是一种关键的特性(图3)。例如,2014年将实现更严格的ELV(汽车寿命终结)ROHS规定,它可能要求欧洲汽车上使用100%无铅封装。英飞凌已推出了40V的OptiMOS T2功率MOSFET,它兼有扩散焊和薄晶圆工艺技术,该公司称已超过了硅芯片与封装连接的引线焊的现有ROHS规定。 由于采用了更小的片芯, 以及封装技术的进步,增加了功率密度,MOSFET驱动器的封装正在变得越来越实用。以前,对于要求有小的占位面积和低成本的产品,这些驱动器都显得太大,价格太高。现在,调整低侧与高侧开关是一种匹配开关特性的实用方法。2004年,英特尔首次提出了DrMOS驱动器规格的设计方案,但该概念的高成本和复杂性限制了它的采纳。而今天功率密度的增长已使配对开关技术成为可能。 德州仪器公司有独特的NexFET技术,它采用了横向(而非纵向)的硅器件结构。横向结构将NexFET的阻断电压限制在25V。虽然该技术可以支持高的阻断电压,但这样就需要更大的片芯面积,可能导致价格的上涨。NexFET还获益于智能的封装。PowerStack产品在一个封装中同时包含了一个高侧和一个低侧FET(图4)。器件不是采用背靠背的结构,而是垂直堆叠形式,缩短了电路路径,因此降低了电阻,更重要的是减小了电感。电感的这种下降可以获得800kHz~1MHz的开关频率。
图3,SuperS08封装包括顶端安装的夹线技术,以及降低系统封装传导损耗的扩散焊技术。扩散焊有更薄的连接层,成为英飞凌薄晶圆MOSFET工艺的补充,现在的器件实现了60μm的片芯厚度。
图4,德州仪器公司Power Block器件的剖面图,它采用了PowerStack技术,以厚的铜夹固定了高侧MOSFET和低侧MOSFET。低侧片芯连接到引线框的基础焊盘,为低侧MOSFET提供接地连接。这种结构在电路板面积、电流水平、功率效率,以及散热控制方面获得了显著的效益。
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