隨著汽車功能電子化趨勢的不斷增強，汽車內(nèi)的電子元件越來越多，應(yīng)用環(huán)境日益嚴苛，汽車設(shè)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應(yīng)用，如防抱死制動系統(tǒng)(ABS)的油壓閥控制、電動窗和LED照明的電機控制、氣囊、暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)、動力總成應(yīng)用、電子動力轉(zhuǎn)向和信息娛樂系統(tǒng)等等。
圖1. 汽車功率MOSFET應(yīng)用
為推進MOSFET實現(xiàn)更高能效，安森美半導(dǎo)體開發(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)通過減小門極單元間距，提供更高單元密度及微結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)較低導(dǎo)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
燃油動力車及電動車需要更小尺寸和更高功率密度的功率器件。安森美半導(dǎo)體獨特的ATPAK封裝技術(shù)可滿足這要求。如下圖所示，與業(yè)界傳統(tǒng)的DPAK和D2PAK封裝相比， ATPAK的封裝尺寸大大減小：DPAK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
隨著封裝尺寸變得更小，器件內(nèi)的溫度往往增高，因為它變得更難于導(dǎo)出多余熱量。而散熱性對總能效、安全及系統(tǒng)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(dǎo)通電阻降至最低，比采用傳統(tǒng)的金屬線粘結(jié)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(guī)格的ATPAK和 DPAK 器件進行測試和對比，結(jié)果顯示即使無散熱片時的熱阻抗相同，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(tǒng)的金屬線粘結(jié)使用金、銅或鋁來連接封裝中硅芯片的每個電極。然而，由于每種線都相對較薄，這從根本上限制了電流處理。通過增添更多并聯(lián)的導(dǎo)線可減少這限制，但這將影響整體成本，且可并聯(lián)邦定的導(dǎo)線數(shù)量有實際限制。由于汽車功率MOSFET在高溫環(huán)境下執(zhí)行大電流驅(qū)動控制，低導(dǎo)通阻抗是汽車方案的一項關(guān)鍵性能因數(shù)。對于低導(dǎo)通電阻的MOSFET，導(dǎo)線電阻可代表封裝中相當大的總阻抗。尤其在要求導(dǎo)通阻抗低于20 mΩ的應(yīng)用中，導(dǎo)線的阻抗不能忽略。
夾焊技術(shù)使用銅夾直接連接每個電極，可大幅降低漏-源極路徑電氣阻抗，從而降低導(dǎo)通阻抗，并實現(xiàn)更好的熱傳導(dǎo)。測試結(jié)果顯示，夾焊比鋁線粘結(jié)降低30%的導(dǎo)通阻抗，比金線粘結(jié)降低達90%的導(dǎo)通阻抗。而且夾焊技術(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(tǒng)工藝中高電流可熔斷導(dǎo)線的問題。
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(shè)計中采用ATPAK替代D2PAK，既可減小50%的封裝尺寸，又可實現(xiàn)相同的性能，達到節(jié)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(dǎo)體的ATPAK P溝道MOSFET提供更小的尺寸、更低的導(dǎo)通阻抗、更高的電流處理能力和更出色的抗雪崩能力。抗雪崩能力指的是電感中存儲的能量放電到功率MOSFET中時的易受影響程度。此外，靜電放電(ESD)總是封裝及實際使用要克服的挑戰(zhàn)，汽車應(yīng)用環(huán)境中可能會出現(xiàn)ESD，原因是機械摩擦，此外，干燥的空氣往往也會增加靜電放電。ESD可能會導(dǎo)致機械故障。所以安森美半導(dǎo)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(dǎo)通阻抗，P溝道方案無需電荷泵，以更少的元件提供更簡單和更可靠的驅(qū)動。
安森美半導(dǎo)體的P溝道汽車MOSFET產(chǎn)品陣容
安森美半導(dǎo)體提供寬廣的P溝道MOSFET產(chǎn)品系列以滿足各種不同的汽車應(yīng)用需求，采用ATPAK封裝的P溝道MOSFET由于低導(dǎo)通電阻和極佳的散熱性，可用于達65 W的應(yīng)用。設(shè)計人員可根據(jù)具體設(shè)計需求選擇適合的MOSFET。
表1. 安森美半導(dǎo)體ATPAK P溝道汽車MOSFET器件
例如，選用P溝道MOSFET NVATS5A108PLZ 或NVATS5A304PLZ用于汽車LED前大燈的反向電池保護，可降低導(dǎo)通損耗，簡化電路，同時優(yōu)化性能和元件數(shù)。
總結(jié)
汽車功能電子化趨勢的持續(xù)增強使汽車應(yīng)用環(huán)境日趨嚴苛，提高系統(tǒng)可靠性的標準和為減輕汽車重量而減小元件尺寸的要求正成為功率器件市場更重要的因素。安森美半導(dǎo)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)更可實現(xiàn)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，可滿足各種不同的汽車應(yīng)用需求。此外，小信號P溝道MOSFET和互補的雙類(P溝道和N溝道)器件正在開發(fā)中以進一步推動創(chuàng)新。安森美半導(dǎo)體正積極進行ATPAK功率器件的AEC認證和符合生產(chǎn)件批準程序(PPAP)。