汽车电子功率MOSFET解决方案

过去15到20年间，汽车用功率MOSFET已从最初的技术话题发展成为蓬勃的商业领域。选用功率MOSFET是因为其能够耐受汽车电子系统中常遇到的掉载和系统能量突变等引起的瞬态高压现象。且封装很简单，主要采用TO220 和 TO247封装。电动车窗、燃油喷射、间歇式雨刷和巡航控制等应用已逐渐成为大多数汽车的标配，在设计中需要类似的功率器件。在这期间，随着电机、螺线管和燃油喷射器日益普及，车用功率MOSFET也不断发展壮大。

今天的汽车电子系统已开创了功率器件的新时代。本文将介绍和讨论几种推动汽车电子功率器件变革的新型应用。还将探讨实现当前汽车电子系统功率MOSFET的一些发展状况。这些发展将有助于促进汽车电子行业向前，特别是在一些新兴市场如中国。

市场动态
新型应用中有4大要素在推动汽车电子功率器件的演进：
?足够的关断电压等级 (Bvdss)
?系统功率要求
?系统智能性/生存能力 (survivability)
? 产品和系统成本

一直以来，汽车电子应用都采用Bvdss约60V的功率器件。然而，新的系统同时使用更高和更低的电压等级，以更具成本效益的方式提供前所未有的系统性能。

高压电/磁电喷射系统和高强度照明是两种广为流行的应用，都需要击穿电压高达150V 到 300V的功率MOSFET。势能更高的压电和磁电燃油喷射系统能够提供更准确的燃油喷射和更精细的空气/燃油混合比例，使到燃烧更充分，有害排放得以降低，并最终提高性能。

　
相比普通白炽灯，高强度照明技术消耗更少的能量却能够产生更大的照明强度。这样不仅可以提高驾驶人员在夜晚或恶劣天气条件下的能见度，同时也便于其它驾驶人员看到自己的车辆。除了电压更高的汽车电子功率应用之外，车辆内部消费应用产品快速的涌现也对电压范围提出更高要求。CD/DVD播放器、卫星无线电、手机、GPS导航、MP3播放器接口就是需要功率MOSFET器件的新型应用之例子。这些应用所需的实际功率一般低于采用更小的分立或集成式元件的功率范围。功率器件具有它们所服务的消费产品的相同特征。在上述应用中，尺寸非常重要，故往往采用PCB封装占位面积更小，或表面安装的新型功率器件。Power 56 和 Super SOT SSOT 6等封装普遍用于这些应用，在很小的封装中提供相当高的功率处理能力。


许多历来是机械或液压式的车载系统正在向电动或电动/液压混合系统转型。首当其冲的是散热器风扇。采用电动电机后，可以去掉风扇皮带，风扇可利用现有引擎或根据冷却剂温度来进行更精确的控制。其它类似应用还有电动助力转向 (EPS)、集成式启动器交流发电机 (ISA) 和主动式悬挂系统。电动助力转向和主动式悬挂系统为车载系统设计人员提供了相当大的灵活性，让他们可以在多个车辆平台上使用硬件系统，并通过软件修改来改变车辆从轻便到豪华型的感觉。

这些电动/机械系统的特征之一是使用的功率等级极高，因此需要大电流功率开关。为了能够以尽量小的损耗提供最高的电流转换，这些应用一般采用额定电压30V 到 40V的高性能沟道型MOSFET (Trench MOSFET)。

功率MOSFET解决方案

MOSFET的采用已成为当前大部分车载应用的标准。传统的平面型MOSFET建立在硅晶圆表面之上，而沟道型MOSFET是在硅上蚀刻垂直沟道，从而让功率开关得以拥有更高的单元密度和更低的导通阻抗。由于这些电子机械系统大多数都采用了MOSFET H桥式电机驱动结构，两个器件总是串联以便使用更低电压的MOSFET，同时仍然可以耐受常见的汽车高电压冲击现象。相60V MOSFET，这些击穿电压更低的器件能够把开关的导通阻抗降低50%，这意味着系统功耗减少50%，亦即系统发热减少，最终把散热要求降至最低。

随着车载系统设计人员在低电压功率MOSFET方面累积更多的工作经验，并开始认识到其性能和成本优势，低电压功率MOSFET的应用范围正在向刹车和显示屏控制等其它低功率系统扩展。

现在的功率沟道型MOSFET的导通阻抗 (RDS(ON)) 低至1或2毫欧。这虽然大大降低了系统功耗，但给车载系统设计人员带来了其它复杂性，包括板上布线、系统连接以及封装中引线在内的寄生阻抗给系统带来的额外阻抗很可能超过了实际的MOSFET (自身导通阻抗)。要进一步降低导通阻抗，获得更高功率密度的方法之一是使用混合模块。当前许多应用都已开始放弃传统的功率封装解决方案，改为在IMS (绝缘金属基板) 或 DBC (直接键合铜) 等材料制作的绝缘基板上安装裸片。即使在使用相同功率硅芯片的情况下，相比分立式功率封装，这些模块提供的能量和电流能力都更高。模块能够提供更高密度的裸片键合或更大的裸片引线键合，