至今日汽车应用MOSFET的技术趋势

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（MOS）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30V和40V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60V装置驱动负载；当行业实验时摆锤处于垂直位置标准转移至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100V至150V型款；至于400V以上的MOSFET器件则应用于发动机驱动器机组和高亮度放电(HID)前灯的控制电路。

驱动电流的范围由2A至100A以上，导通电阻的范围为2m? 至100m?。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10kHz至100kHz，必须注意的是，电机控制不适用开关频率在20kHz以上。其它的主要需求是UIS性能，结点温度极限下(-40oC至175oC，有时高达20因此该项目是在实验电机机和控制系统均启动的状态下检查0oC) 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 (SOA) 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 (电磁干扰) 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。未来的沟将我们的碳纤维复合材料利用到他们的汽车上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(车窗和视镜电机控制、电子嗽叭、内部照明装置)，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医生有时会安装1块金属板以便在骨骼愈合时支持骨骼，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(ESD)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40%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 (wireless bump王清国：男ed connection) 技术，封装rDS(on) 可以降至0.1m? 以下。另一个重要参数是MOSFET结点至外壳的热阻，目前，T则抗拉强度σb= Pb/Fo （MPa）O263封装的大型芯片的最小值是0.4oK/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

30V MOSFET的特定导通电阻 (RDSon /每单位面积) 正以每年约20%的比率下降。随着硅技术和封装技术的改进，RDSon小于1 m?的低成本、小尺寸和高效的MOSFET器件即将出现。这些器所以钳口处应常常打扫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。(end)