安森美半導(dǎo)體創(chuàng)新的ATPAK 封裝用于汽車(chē)應(yīng)用

隨著汽車(chē)功能電子化趨勢(shì)的不斷增強(qiáng)，汽車(chē)內(nèi)的電子元件越來(lái)越多，應(yīng)用環(huán)境日益嚴(yán)苛，汽車(chē)設(shè)計(jì)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(yīng)用，如防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)的油壓閥控制、電動(dòng)窗和LED照明的電機(jī)控制、氣囊、暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)、動(dòng)力總成應(yīng)用、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向和信息娛樂(lè)系統(tǒng)等等。

圖1. 汽車(chē)功率MOSFET應(yīng)用

為推進(jìn)MOSFET實(shí)現(xiàn)更高能效，安森美半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，從而實(shí)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(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(dǎo)體獨(dú)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(tǒng)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

隨著封裝尺寸變得更小，器件內(nèi)的溫度往往增高，因?yàn)樗兊酶y于導(dǎo)出多余熱量。而散熱性對(duì)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(xiàn)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(jìn)行測(cè)試和對(duì)比，結(jié)果顯示即使無(wú)散熱片時(shí)的熱阻抗相同，傳統(tǒng)的金屬線(xiàn)粘結(jié)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(duì)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(dǎo)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(dǎo)線(xiàn)數(shù)量有實(shí)際限制。由于汽車(chē)功率MOSFET在高溫環(huán)境下執(zhí)行大電流驅(qū)動(dòng)控制，低導(dǎo)通阻抗是汽車(chē)方案的一項(xiàng)關(guān)鍵性能因數(shù)。對(duì)于低導(dǎo)通電阻的MOSFET，導(dǎo)線(xiàn)電阻可代表封裝中相當(dāng)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(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(dǎo)通阻抗，并實(shí)現(xiàn)更好的熱傳導(dǎo)。測(cè)試結(jié)果顯示，夾焊比鋁線(xiàn)粘結(jié)降低30%的導(dǎo)通阻抗，比金線(xiàn)粘結(jié)降低達(dá)90%的導(dǎo)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(tǒng)工藝中高電流可熔斷導(dǎo)線(xiàn)的問(wèn)題。

圖3. 夾焊封裝橫截面

ATPAK電流處理能力高達(dá)100 A，這也是D2PAK能達(dá)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(jì)中采用ATPAK替代D2PAK，既可減小50%的封裝尺寸，又可實(shí)現(xiàn)相同的性能，達(dá)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(shì)

經(jīng)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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?？寡┍滥芰χ傅氖请姼兄写鎯?chǔ)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(zhàn)，汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境中可能會(huì)出現(xiàn)ESD，原因是機(jī)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(dǎo)致機(jī)械故障。所以安森美半導(dǎo)體的ATPAK P溝道功率MOSFET嵌入保護(hù)二極管以增強(qiáng)ESD強(qiáng)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(wú)需電荷泵，以更少的元件提供更簡(jiǎn)單和更可靠的驅(qū)動(dòng)。

安森美半導(dǎo)體的P溝道汽車(chē)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(mǎn)足各種不同的汽車(chē)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(dá)65 W的應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)具體設(shè)計(jì)需求選擇適合的MOSFET。

表1. 安森美半導(dǎo)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(hù)，可降低導(dǎo)通損耗，簡(jiǎn)化電路，同時(shí)優(yōu)化性能和元件數(shù)。

總結(jié)

汽車(chē)功能電子化趨勢(shì)的持續(xù)增強(qiáng)使汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境日趨嚴(yán)苛，提高系統(tǒng)可靠性的標(biāo)準(zhǔn)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(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(shí)現(xiàn)達(dá)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(dāng)，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(yīng)用需求。此外，小信號(hào)P溝道MOSFET和互補(bǔ)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(dǎo)體正積極進(jìn)行ATPAK功率器件的AEC認(rèn)證和符合生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序(PPAP)。