功率MOSFET設計考量

如今，飛兆半導體公司已將上述屏蔽器件的結構發(fā)展到新的精細水平。特定阻抗，或者說(shuō)單位面積阻抗，已較上一代產(chǎn)品大幅降低，同時(shí)提高了業(yè)已出色的開(kāi)關(guān)性能。過(guò)去的數代器件，例如飛兆半導體的領(lǐng)先產(chǎn)品SyncFET，也需要在低側同步整流器集成一個(gè)肖特基二極管，以降低MOSFET體二極管的死區時(shí)間(dead-time)傳導損耗，并控制體二極管反向恢復時(shí)產(chǎn)生的電壓瞬變。為了省去成本相對高昂的肖特基二極管，最新一代的產(chǎn)品采用二極管正向注入，以求最大限度地減小漏極屏蔽容抗，以及降低屏蔽阻抗等專(zhuān)業(yè)技術(shù)，力爭抑制那些不利的電壓瞬變行為，如漏極電壓過(guò)沖(over-shoot)。

如圖3a和3b所示，新產(chǎn)品的電壓過(guò)沖和振蕩甚至大大低于采用集成肖特基部件的器件。SyncFET漏極電壓振蕩經(jīng)過(guò)阻尼抑制，使該類(lèi)應用中常見(jiàn)的EMI噪聲大大減少。該解決方案具有極其安靜的開(kāi)關(guān)特性，可以完全省去用來(lái)消除振蕩的外部緩沖電路。

圖3：飛兆半導體器件的安靜開(kāi)關(guān)行為(a)與傳統溝道產(chǎn)品開(kāi)關(guān)行為(b)的比較

由于器件技術(shù)不斷演進(jìn)，新產(chǎn)品也開(kāi)始百花齊放。這些產(chǎn)品通過(guò)降低MOSFET開(kāi)關(guān)的功耗來(lái)提高性能及電壓轉換器的最大輸出電流。目前，SyncFET通常使用三個(gè)毫歐級部件，使多相轉換器的每級輸出電流都達到30A以上。鑒于過(guò)去數代產(chǎn)品的部件之間存在封裝互連阻抗，而這種互連阻抗與當今PowerTrench產(chǎn)品的整體阻抗相接近，相比之下，這是一項卓越的成就。封裝互連阻抗降低了八倍，使過(guò)去10年來(lái)針對半導體阻抗取得四倍的改進(jìn)，結果使轉換器輸出電流增加了一倍。新產(chǎn)品在未來(lái)可達到的進(jìn)展還包括提高工作頻率，使到濾波電感和電容更小，進(jìn)而減少所用的電路板空間。

包含封裝的控制器和(或)驅動(dòng)電路以及功率開(kāi)關(guān)的多芯片模塊正在打進(jìn)諸如游戲機和便攜電腦之類(lèi)的消費電子產(chǎn)品市場(chǎng)。這些新型部件的優(yōu)勢包括減少電路板的寄生電感因素、避免了分立元件方案所產(chǎn)生的電壓瞬變，以及從轉換器剝奪功率的固有弱點(diǎn)，從而延長(cháng)電池壽命，降低工作溫度，減低輻射噪聲或EMI，并減小電路板尺寸。

封裝和MOSFET器件技術(shù)的進(jìn)步，大多來(lái)自于日益增多的仿真技術(shù)的使用，讓工程師能夠開(kāi)發(fā)創(chuàng )新的解決方案。本文所述的半導體技術(shù)發(fā)展就依賴(lài)于器件的有限元模擬分析和應用的模擬分析，從而對半導體 、封裝、柵極驅動(dòng)電路和電路板寄生因素間的相互影響有更深入的了解。仿真技術(shù)還能讓人們深入了解器件參數變化的工藝環(huán)節，找到最大限度消除這些變化的解決方案。

結論

要開(kāi)發(fā)針對高級電源的先進(jìn)功率器件并取得市場(chǎng)佳績(jì)，必須考慮和順應不斷演進(jìn)的應用需求。這需要針對應用中的所有元件進(jìn)行大量的優(yōu)化工作，包括功率器件的半導體芯片、封裝、電路板布局，以及轉換器的工作頻率。飛兆半導體公司認識到這一挑戰，并使用新的設計原則來(lái)開(kāi)發(fā)功率MOSFET。飛兆半導體在電源設計方面擁有的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢，使其PowerTrench產(chǎn)品功能在業(yè)界穩占領(lǐng)先地位。