增加功率密度，提高電流處理能力，提升散熱性
   
        隨著汽（qì）車功（gōng）能電子化趨勢（shì）的不斷增強，汽車內的電子元件越來越多，應用（yòng）環境（jìng）日益嚴苛（kē），汽車設計工程師需要考（kǎo）慮空間和性能等（děng）多方麵因素，功率MOSFET是（shì）提供低（dī）功耗和更小尺寸的理想器件，被廣泛用於許多汽車應用，如防抱死製動係統(ABS)的油（yóu）壓閥控（kòng）製、電動窗（chuāng）和LED照明的（de）電機（jī）控製、氣囊、暖通空調(HVAC)係統、動力總成應用、電子動力轉向和信（xìn）息娛（yú）樂係統等等。 
    
       
  
        圖1. 汽車功率MOSFET應用
 
        為推進MOSFET實現更高能（néng）效，安森美半導體開發出微間距溝槽(Fine pitch trench)技術、夾焊(Clip bonding)技術和領先行（háng）業的、創新的ATPAK封裝技（jì）術。微間距溝槽技術通過減小門極單元間距，提供更高單元密度及微結構，從而實現（xiàn）較低導通電（diàn）阻，以提高能效，降低功耗。夾焊技術則大大提升電流處理能力，並提供直接從裸片頂（dǐng）部析出熱量的熱路徑。ATPAK封裝不但增加功（gōng）率密度，還提高電流處理（lǐ）能力，提升散熱性。
 
        ATPAK封裝（zhuāng）減小尺寸，提高功（gōng）率密度
 
        燃油動力車（chē）及電動車需（xū）要更小尺寸和更高功率密度的功率器（qì）件。安森美半導體獨特（tè）的（de）ATPAK封裝技術可滿足這要求。如下圖所示，與業界傳統的DPAK和D2PAK封裝相比， ATPAK的封裝尺寸大大減小：DPAK比D2PAK占位麵積小60%，厚度（dù）小49%，而ATPAK雖然與DPAK保持相同的占位麵積，但厚度卻又減少了35%。 
  
       
 
        圖2. ATPAK vs. DPAK
 
        ATPAK封裝采用夾焊技術提升散熱性
 
        隨著封裝尺（chǐ）寸（cùn）變得更小（xiǎo），器（qì）件內的溫度往往（wǎng）增高，因為它變得更難於導出（chū）多餘熱量（liàng）。而散熱性對總能效、安全及係統可靠（kào）性至關（guān）重要。ATPAK封（fēng）裝采用夾焊技術，可將熱阻抗及總導通電阻降至最（zuì）低，比采用傳統的金屬線粘結的DPAK封裝（zhuāng）大大（dà）提升電流處理能（néng）力。熱阻抗（kàng）是指1 W熱（rè）量所引起的溫升大小，單位（wèi）為℃/W。熱阻抗越低，散熱性越好。經選用（yòng）相（xiàng）同規格（gé）的ATPAK和 DPAK 器件進行（háng）測試和對比，結果顯示即使無（wú）散熱片時的熱阻抗相同（tóng），在采用散熱片後 ATPAK 比（bǐ） DPAK 的熱阻抗低 6℃/W。具（jù）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（shǔ）線粘結使用金、銅（tóng）或（huò）鋁來連接封（fēng）裝中矽芯片的每個電極。然而，由於每種線都相對較薄，這（zhè）從根本上限製了電流處理。通（tōng）過增添更多並（bìng）聯的導線可減少這限製，但這將影（yǐng）響整體成本，且可並聯邦定（dìng）的導線數量有實際限製。由於汽車功率MOSFET在高溫環境下執行大電流驅動控（kòng）製，低導通阻抗是（shì）汽車方案的一項關鍵性能因數。對於低導通電阻的MOSFET，導線電阻可（kě）代表封裝中相當大的總阻抗。尤其在要求導（dǎo）通阻抗低（dī）於20 mΩ的應用中，導線的阻抗不能忽略。
 
        夾焊技術（shù）使用銅夾直接連接（jiē）每個電極（jí），可大（dà）幅降低漏-源極路徑電氣阻抗，從而降低導通阻抗，並實現更好的熱傳導。測試（shì）結果顯示，夾焊比鋁線粘結降低30%的（de）導通阻抗，比金線粘結降低達90%的（de）導（dǎo）通阻抗。而且夾焊技術使用寬橫截麵積的銅板，大大提高了電流處（chù）理能力，消除傳統（tǒng）工藝中高電流可熔斷（duàn）導線的問題。
  
       
 
        圖3. 夾（jiá）焊封裝橫截麵
 
        ATPAK電流處理能（néng）力高達100 A，這也是D2PAK能達到的最大電流處（chù）理能力。而且，ATPAK的成本幾乎與DPAK一樣。因此，在設計（jì）中（zhōng）采用（yòng）ATPAK替代D2PAK，既（jì）可減（jiǎn）小50%的封裝尺寸，又可實現相同的（de）性能，達到節省空間和提升功（gōng）率處理能力的（de）雙重目的，還不增（zēng）加成本。
 
        ATPAK P溝道功率MOSFET的優勢
 
        經與競爭（zhēng）對手的P溝（gōu）道MOSFET相（xiàng）比，安森美（měi）半（bàn）導體的ATPAK P溝道MOSFET提供（gòng）更小的尺寸、更低的導通阻抗、更高的電（diàn）流處理能力和更出色的抗雪崩能力。抗雪崩（bēng）能力指的是電感中存儲的能量放電到功（gōng）率MOSFET中時的易（yì）受（shòu）影響程（chéng）度。此外，靜電放電(ESD)總是封裝（zhuāng）及實際使（shǐ）用（yòng）要克服的挑戰，汽車應用環境中可（kě）能會出現ESD，原因是機（jī）械摩擦，此外，幹燥的（de）空氣往往也會增加靜（jìng）電放電。ESD可能會導致機械故（gù）障。所以安森美半導體的ATPAK P溝道功率MOSFET嵌（qiàn）入保護二（èr）極管以增強ESD強固性。
 
        相比N溝道MOSFET需要電荷泵以降低導（dǎo）通阻抗，P溝道方案無需電荷泵，以更少的元件（jiàn）提供更簡單和（hé）更可靠的驅動。
 
        安森美半導體的P溝道汽車（chē）MOSFET產品陣容
 
        安森美半導體提供寬廣的P溝道MOSFET產品係列以滿足各種不同（tóng）的汽車應用需（xū）求，采用ATPAK封裝的P溝道MOSFET由於低導通電（diàn）阻和極佳的散熱性，可用於達65 W的應用。設計人員可根據（jù）具體設計（jì）需（xū）求選擇（zé）適合（hé）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用於汽（qì）車LED前大燈（dēng）的反向電池保（bǎo）護，可降低導通損耗，簡化電路，同時優化性能和元件數。
 
        總結
 
        汽車功能電子化趨勢的持續增強使汽車應用環境（jìng）日趨嚴（yán）苛，提高係統可靠性（xìng）的標（biāo）準和為（wéi）減輕汽車重量而減小元件尺寸的（de）要求（qiú）正成為功（gōng）率器件市場更重要的因素（sù）。安森美半導體創新的ATPAK封裝不僅可使功率MOSFET外（wài）形更纖薄，其采用的夾焊技術更（gèng）可實現達（dá）100 A的電流處理能力（lì），極佳的散熱性確保安全性和更高可靠性，且成本與（yǔ）DPAK相當，公（gōng）司提供寬廣係列（liè）的（de）ATPAK P溝道功率MOSFET，可滿足各種不同的汽車應用需求。此外，小信號P溝道MOSFET和互補的雙（shuāng）類(P溝道和N溝道)器（qì）件正在開發中以進一步推動創新。安森美（měi）半導體正積極進行ATPAK功率器（qì）件的AEC認證和符合生產件批準程（chéng）序(PPAP)。