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汽车应用MOSFET的技术趋势-【新闻】扎兰屯

发布时间:2021-04-20 12:22:00 阅读: 来源:塑料模厂家

汽车应用MOSFET的技术趋势

汽车应用MOSFET

半导体制造商在金属氧化物半导体技术领域取得了重大进步,并继续积极发展。先进的功率MOS技术通常是新型和改良型汽车系统的促成因素,然而,在开发新的硅和封装技术过程中,必须谨记汽车系统的特别要求。

如今,汽车设备中所用的MOSFET器件涉及广泛的电压、电流和导通电阻范围。电机控制设备桥接配置会使用32V和42V击穿电压型号;而在必须控制负载突卸和突升启动情况的场合,会使用62V装置驱动负载;当行业标准转移至42V电池系统时,则需采用75V技术。高辅助电压的设备需要使用222V至252V型款;至于422V以上的MOSFET器件则应用于发动机驱动器机组和高亮度放电前灯的控制电路。

驱动电流的范围由2A至222A以上,导通电阻的范围为2m? 至222m?。MOSFET的负载包括电机、阀门、灯、加热部件、电容性压电组件和DC/DC电源。开关频率的范围通常为22kHz至222kHz,必须注意的是,电机控制不适用开关频率在22kHz以上。其它的主要需求是UIS性能,结点温度极限下 的工作状况,以及超越汽车使用寿命的高可靠性。

MOSFET技术的发展历程

过去,新MOSFET技术的驱动力量是计算机DC/DC同步转换器等应用,为了优化其中的电源系统性能和成本,必需进行高频率运作。随着新的硅技术的开发,更小尺寸和更低特定导通电阻器件的设计得以实现,全面满足这些要求。技术的改进使得器件的跨导更高,具有更低的门电荷和更快的开关速度。现今行业的状况是特为DC/DC转换而优化的开关速度和减少安全工作区域 技术,将不适合汽车电机应用。

平面技术具有固有的宽SOA和坚固的雪崩能量额定特性,它是串联通道功率控制器件的适合技术。然而,降低成本的压力引发人们开展新的半导体设计活动,目标是开发可降低特定导通电阻以沟道技术为基础的MOSFET器件。

为了控制系统EMI 和电机绕组损耗,电机驱动器设计人员尝试减慢MOSFET的开关速度,这与通常在高频DC/DC转换器中的做法完全相反。采用沟道技术的高跨导器件因其固有特性的缘故,开关速度难以减慢,因而不适合在需要并联器件的场合使用。与裸片尺寸相同的平面技术器件相比,沟道器件的SOA也较小,故并不适用于线性稳压器设备。未来的沟道技术将向两个不同方向发展,分别满足低频/线性模式电机驱动器和高频DC/DC转换器的要求。

与同等的N-沟道器件相比,P-沟道器件具有较高的特定导通电阻,在采用高边组件控制负载的场合,P-沟道器件更易于控制。在成本敏感的低功率设备中,使用P沟道器虽然会增加裸片尺寸和成本,但是其简化控制电路的优势却逐渐使其成为最合适的折衷方案。

MOSFET工艺

在汽车设备中,常常需要探知负载状态,并将任何故障问题向微处理器报告。由于功率MOSFET正通过负载控制电流,因此它处于提供诊断信息的最佳位置。除了监视负载状况外,还需要保护MOSFET和负载在发生故障时免遭破坏。

对于具有各种诊断功能的完全自保护单片器件,便需要采用智能功率技术。为了集成所需功能,必须在通常为7-8掩模层的功率技术基础上,增加多个掩模步骤,结果造成器件的成本过高。

另一个做法是采用功率MOS技术作为基础,就能比较容易地集成各项功能,包括输入静电释放保护、电流感应、过流限制、温度感应、有源箝位及串联门电阻器。对于这些额外的功能,只需少量的掩模步骤和附加裸片面积即可实现。而这些参数的控制和评估,最好采用特别适合这类用途的IC技术。

封装的影响

在采用现代化沟道技术的低导通电阻器件中,封装电阻占器件总体电阻的42%以上。所以,不仅需要优化硅产品参数,还要优化封装参数。采用无线凸起连接 技术,封装rDS 可以降至2.2m? 以下。另一个重要参数是MOSFET结点至外壳的热阻,目前,TO263封装的大型芯片的最小值是2.4oK/W,但仍有改进的空间。而预计低成本封装技术即将出现,可将此数值减少一半。

展望未来

32V MOSFET的特定导通电阻 正以每年约22%的比率下降。随着硅技术和封装技术的改进,RDSon小于2 m?的低成本、小尺寸和高效的MOSFET器件即将出现。这些器件能降低汽车普遍使用的集成启动器/发动机和电子动力方向盘等设备的成本,最终,它们将有助于进一步减少热散发和提升汽车的燃料效能。

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