智能功率IGBT和MOSFET让汽车更加舒适环保

时间：01-09 来源：国际电子商情点击：

导通电阻逼近极限，感测型MOSFET器件登场

　　功率MOSFET器件在汽车领域中有着广泛的应用，主要系统包括：启动机和发电机、车灯控制、音响系统、车身控制、引擎管理、防盗、车厢环境控制、动力传输系统等。飞利浦半导体公司电源产品部的Stefan Seider博士说："功率MOSFET器件通常在极其恶劣的环境条件下工作，当环境温度超过120度的时候，结温会大幅上升，从而可能引发可靠性及其它问题，这是设计汽车电源系统中必须面对的挑战。"

　　飞利浦半导体公司电源产品部的Ron Fuller博士表示，为了避免这种情况的发生，应该选用符合AEC Q101标准的MOSFET器件，他说："目前一些汽车中IC的数量已经超过100颗，MOSFET就是为了满足这些日益增多的IC对电源的需求，因此，如何提高能量利用效率是MOSFET应用中面临的另外一个挑战。"随着汽车电子子系统(如电动助力转向和ABS)能耗的增加，"半导体公司不得不开发MOSFET导通电阻尽可能小的技术，以使MOSFET本身的能耗尽可能降低。"他指出道。

　　采用一种称为Trench(沟槽)的半导体制造工艺，飞利浦的Ian Kennedy博士介绍介绍说，"能将导通电阻值降低20%到40%。"目前，除了飞利浦的HPA TrenchMOS系列，制造Trench MOSFET的半导体公司包括还安森美半导体、飞兆半导体和富士电机等公司。国际整流器公司则以Stripe-Trench(条形沟槽)技术设计了全系列MOSFET器件。Vishay利用双高压TMBS Trench MOS肖特基势垒整流器，实现了4毫欧导通电阻的功率MOSFET。意法半导体公司的STripFET III Technology可以增加MOSFET的单元密度并缩小尺寸。追逐导通电阻的竞争中，目前IR公司的MOSFET原胞密度号称已达每平方英寸1.12亿个的世界最高水平，通态电阻R可达3mΩ。相比而言，飞兆半导体郭裕亮说："适用于汽车应用的MOSFET当中，FDD8870的导通阻抗为3.9毫欧，40V MOSFET裸片的导通阻抗已经低至1.1毫欧，而封装器件已经做到2.3毫欧，这些低导通阻抗MOSFET可用于极高能量系统中，如电子转向或集成启动器交流发动机等。"

　　基于沟槽(Trench)技术的创新可谓名目繁多，瑞萨香港有限公司的Dennis Chan表示，在低压大电流MOSFET领域，各制造商的设计差异不大，主要发展方向是持续开发新的制造和封装工艺以进一步降低导通电阻，因此器件选择上灵活性很大。Kennedy博士分析说："近年来沿着降低导通电阻的方向，业内已经将它降低到了很低的水平，尽管仍然要沿着高密度沟槽技术创新低漏-源电压器件这个重要方向发展，在汽车电子系统中MOSFET要朝着加入新的功能方向发展。"

　　郭裕亮介绍说，在汽车应用中，系统复杂性增加而引起的另一个发展方向需要向电子控制提供更多的系统诊断信息，系统要监控MOSFET的温度及流经的电流大小。为了提高可靠性并节省空间，飞兆的Sense FET MOSFET可以与控制IC结合，并装配在单一封装中。控制IC能够监控应用和MOSFET的情况，以此决定何时需要采取正确行动来控制应用并保护功率器件。"我们正在开发Sense FET和智能/保护器件系列，旨在协助设计人员完成更复杂和可靠的汽车电子控制系统设计，"他补充说。

　　Kennedy博士表示，飞利浦采用TrenchPlus技术的器件通过集成温度传感器二极管、电流传感器以及箝位二极管，已经具备"温度和电流感应、ESD保护"的功能。此外，他强调说，瞥开封装技术去谈论MOSFET是不完整的，他说："更小和更具有热效率的封装是未来的发展趋势。"

　　英飞凌除了提供汽车电子控制应用的各种MOSFET，在混合动力汽车专用高压MOSFET(击穿电压大于500V，小于900V)的发展方向上，目前占据领先地位。英飞凌科技的李立扬说："我们的超级结技术(CoolMOS)将600V MOSFET器件的导通电阻和内部电容降低了5倍。"此外，为了提高EMC性能并满足高功率密度DC/DC转换器设计的需要，"英飞凌首创CoolMOS与SiC肖特基二极管结合，获得了高压MOSFET的低开关损耗，提高了驱动功率和负载性能，在汽车高压功率MOSFET技术领域树立了一个标杆。"他说。

　　李立扬强调，功率器件在汽车应用中面临严酷的振动环境，除了上述先进的设计技术，在封装和器件的安装上，也应该格外注意。"优化的生产工艺有助于让功率器件获得比汽车本身更长的生命期，"他强调说，"芯片制造领域代工生产非常普遍，英飞凌在自己拥有的制造厂生产汽车功率器件，因而能确保用户整个供应链的连续运转。"与此类似，飞兆半导体在苏州建有核心功率器件生产工厂，另外还设有多个设计和应用中心满足不断增长的汽车功率电子市场的需求，可谓英雄所见略同。

本文小结

　　目前，根据郭裕亮的观点，"中国汽车市场半导体部分的增长率是世界其它地区的两倍，其年复合增长率超过20%，引擎和车身控制的功率应用发展最快"，而英飞凌的专家则表示"安全和动力应用是汽车功率器件增长最快的领域"。受到这些市场需求的驱动，设计人员正寻求在传统高压(55v到60v)应用中使用低压MOSFET产品的方法，而对于低传导损耗和热耗的需求将进一步促进IGBT和MOSFET技术的发展。

作者：周智勇，特约撰稿人

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