隨著(zhù)汽車(chē)功能電子化趨勢的不斷增強，汽車(chē)內的電子元件越來(lái)越多，應用環(huán)境日益嚴苛，汽車(chē)設計工程師需要考慮空間和性能等多方面因素，功率MOSFET是提供低功耗和更小尺寸的理想器件，被廣泛用于許多汽車(chē)應用，如防抱死制動(dòng)系統(ABS)的油壓閥控制、電動(dòng)窗和LED照明的電機控制、氣囊、暖通空調(HVAC)系統、動(dòng)力總成應用、電子動(dòng)力轉向和信息娛樂(lè )系統等等。 
圖1. 汽車(chē)功率MOSFET應用 為推進(jìn)MOSFET實(shí)現更高能效，安森美半導體開(kāi)發(fā)出微間距溝槽(Fine pitch trench)技術(shù)、夾焊(Clip bonding)技術(shù)和領(lǐng)先行業(yè)的、創(chuàng )新的ATPAK封裝技術(shù)。微間距溝槽技術(shù)通過(guò)減小門(mén)極單元間距，提供更高單元密度及微結構，從而實(shí)現較低導通電阻，以提高能效，降低功耗。夾焊技術(shù)則大大提升電流處理能力，并提供直接從裸片頂部析出熱量的熱路徑。ATPAK封裝不但增加功率密度，還提高電流處理能力，提升散熱性。 ATPAK封裝減小尺寸，提高功率密度 燃油動(dòng)力車(chē)及電動(dòng)車(chē)需要更小尺寸和更高功率密度的功率器件。安森美半導體獨特的ATPAK封裝技術(shù)可滿(mǎn)足這要求。如下圖所示，與業(yè)界傳統的DPAK和D2PAK封裝相比， ATPAK的封裝尺寸大大減�。篋PAK比D2PAK占位面積小60%，厚度小49%，而ATPAK雖然與DPAK保持相同的占位面積，但厚度卻又減少了35%。
圖2. ATPAK vs. DPAK ATPAK封裝采用夾焊技術(shù)提升散熱性 隨著(zhù)封裝尺寸變得更小，器件內的溫度往往增高，因為它變得更難于導出多余熱量。而散熱性對總能效、安全及系統可靠性至關(guān)重要。ATPAK封裝采用夾焊技術(shù)，可將熱阻抗及總導通電阻降至最低，比采用傳統的金屬線(xiàn)粘結的DPAK封裝大大提升電流處理能力。熱阻抗是指1 W熱量所引起的溫升大小，單位為℃/W。熱阻抗越低，散熱性越好。經(jīng)選用相同規格的ATPAK和 DPAK 器件進(jìn)行測試和對比，結果顯示即使無(wú)散熱片時(shí)的熱阻抗相同，在采用散熱片后 ATPAK 比 DPAK 的熱阻抗低 6℃/W。具體測試詳情可瀏覽http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND9415-D.PDF了解。 傳統的金屬線(xiàn)粘結使用金、銅或鋁來(lái)連接封裝中硅芯片的每個(gè)電極。然而，由于每種線(xiàn)都相對較薄，這從根本上限制了電流處理。通過(guò)增添更多并聯(lián)的導線(xiàn)可減少這限制，但這將影響整體成本，且可并聯(lián)邦定的導線(xiàn)數量有實(shí)際限制。由于汽車(chē)功率MOSFET在高溫環(huán)境下執行大電流驅動(dòng)控制，低導通阻抗是汽車(chē)方案的一項關(guān)鍵性能因數。對于低導通電阻的MOSFET，導線(xiàn)電阻可代表封裝中相當大的總阻抗。尤其在要求導通阻抗低于20 mΩ的應用中，導線(xiàn)的阻抗不能忽略。 夾焊技術(shù)使用銅夾直接連接每個(gè)電極，可大幅降低漏-源極路徑電氣阻抗，從而降低導通阻抗，并實(shí)現更好的熱傳導。測試結果顯示，夾焊比鋁線(xiàn)粘結降低30%的導通阻抗，比金線(xiàn)粘結降低達90%的導通阻抗。而且?jiàn)A焊技術(shù)使用寬橫截面積的銅板，大大提高了電流處理能力，消除傳統工藝中高電流可熔斷導線(xiàn)的問(wèn)題。
圖3. 夾焊封裝橫截面 ATPAK電流處理能力高達100 A，這也是D2PAK能達到的最大電流處理能力。而且，ATPAK的成本幾乎與DPAK一樣。因此，在設計中采用ATPAK替代D2PAK，既可減小50%的封裝尺寸，又可實(shí)現相同的性能，達到節省空間和提升功率處理能力的雙重目的，還不增加成本。 ATPAK P溝道功率MOSFET的優(yōu)勢 經(jīng)與競爭對手的P溝道MOSFET相比，安森美半導體的ATPAK P溝道MOSFET提供更小的尺寸、更低的導通阻抗、更高的電流處理能力和更出色的抗雪崩能力�？寡┍滥芰χ傅氖�電感中存儲的能量放電到功率MOSFET中時(shí)的易受影響程度。此外，靜電放電(ESD)總是封裝及實(shí)際使用要克服的挑戰，汽車(chē)應用環(huán)境中可能會(huì )出現ESD，原因是機械摩擦，此外，干燥的空氣往往也會(huì )增加靜電放電。ESD可能會(huì )導致機械故障。所以安森美半導體的ATPAK P溝道功率MOSFET嵌入保護二極管以增強ESD強固性。 相比N溝道MOSFET需要電荷泵以降低導通阻抗，P溝道方案無(wú)需電荷泵，以更少的元件提供更簡(jiǎn)單和更可靠的驅動(dòng)。 安森美半導體的P溝道汽車(chē)MOSFET產(chǎn)品陣容 安森美半導體提供寬廣的P溝道MOSFET產(chǎn)品系列以滿(mǎn)足各種不同的汽車(chē)應用需求，采用ATPAK封裝的P溝道MOSFET由于低導通電阻和極佳的散熱性，可用于達65 W的應用。設計人員可根據具體設計需求選擇適合的MOSFET。 表1. 安森美半導體ATPAK P溝道汽車(chē)MOSFET器件
例如，選用P溝道MOSFET NVATS5A108PLZ 或NVATS5A304PLZ用于汽車(chē)LED前大燈的反向電池保護，可降低導通損耗，簡(jiǎn)化電路，同時(shí)優(yōu)化性能和元件數。 總結 汽車(chē)功能電子化趨勢的持續增強使汽車(chē)應用環(huán)境日趨嚴苛，提高系統可靠性的標準和為減輕汽車(chē)重量而減小元件尺寸的要求正成為功率器件市場(chǎng)更重要的因素。安森美半導體創(chuàng )新的ATPAK封裝不僅可使功率MOSFET外形更纖薄，其采用的夾焊技術(shù)更可實(shí)現達100 A的電流處理能力，極佳的散熱性確保安全性和更高可靠性，且成本與DPAK相當，公司提供寬廣系列的ATPAK P溝道功率MOSFET，可滿(mǎn)足各種不同的汽車(chē)應用需求。此外，小信號P溝道MOSFET和互補的雙類(lèi)(P溝道和N溝道)器件正在開(kāi)發(fā)中以進(jìn)一步推動(dòng)創(chuàng )新。安森美半導體正積極進(jìn)行ATPAK功率器件的AEC認證和符合生產(chǎn)件批準程序(PPAP)。 |
