ROHM助力智能功率器件實(shí)現功能安全并減少功率損耗

近日，全球知名半導體制造商ROHM面向引擎控制單元和變速箱控制單元等車(chē)載電子系統、PLC（Programable Logic Controller）等工業(yè)設備，開(kāi)發(fā)出40V耐壓?jiǎn)?/span>通道和雙通道輸出的智能低邊開(kāi)關(guān)（Intelligent Power Device，以下簡(jiǎn)稱(chēng)IPD）“BV1LExxxEFJ-C / BM2LExxxFJ-C系列”，此次共推出8款產(chǎn)品。這些產(chǎn)品通過(guò)替代機械繼電器和MOSFET，實(shí)現汽車(chē)和工業(yè)設備市場(chǎng)所需的功能安全。新產(chǎn)品已于2022年10月開(kāi)始暫以系列合計月產(chǎn)60萬(wàn)個(gè)的規模投入量產(chǎn)。

作為安全至上的應用，汽車(chē)和工業(yè)設備兩大領(lǐng)域隨著(zhù)電子系統越來(lái)越復雜，對安全性的要求也越來(lái)越高。設備開(kāi)發(fā)中必須要考慮到如何在緊急情況下確保功能安全。傳統上，通常采用機械繼電器或MOSFET來(lái)執行電子電路的ON/OFF控制，但它們在系統故障時(shí)不具備相應的保護功能。傳統的電路保護以保險絲和繼電器為主，但在應對功能安全需求時(shí)存在著(zhù)不少的問(wèn)題。IPD可以被認為是用半導體技術(shù)實(shí)現保險絲和繼電器的功能，它主要是由輸出角的功率MOS、保護電路和有源鉗位電路這三大部分組成的，保護電路實(shí)現過(guò)流保護和過(guò)熱保護。相對于傳統的機械保險絲和機械的繼電器，IPD智能半導體功率元器件無(wú)需更換，可靠性高且能實(shí)現靜音。IPD智能功率開(kāi)關(guān)可以智能地檢測到線(xiàn)路上的過(guò)電流，然后自主地去關(guān)閉功率MOS以保護系統，同時(shí)它還可以去通知主控端比如MCU。此外，IPD也可以消除機械繼電器在過(guò)流保護的時(shí)候出現的咔嗒聲，這種噪音如果用在車(chē)載可能用戶(hù)體驗不是很好，IPD智能功率器件檢測到過(guò)電流之后自動(dòng)關(guān)閉功率器件，實(shí)現無(wú)聲無(wú)息地提供保護，給用戶(hù)帶來(lái)比較良好的體驗。IPD不僅可以進(jìn)行電子電路的ON/OFF控制，還內置有保護功能，可保護電路免受電氣故障（異常時(shí)的過(guò)電流）的影響，有助于構建安全且可靠性高的系統。新產(chǎn)品配置在電機和照明等被控設備的下側（接地側）電路中，從電路結構方面看，具有可輕松替代機械繼電器和MOSFET、易于設計的優(yōu)點(diǎn)。正是因為IPD的這些特性，其在工業(yè)市場(chǎng)上規模已經(jīng)達到了約2.18億美元，在車(chē)載市場(chǎng)上它的需求量也是日益增長(cháng)。

從功能安全的角度來(lái)看，IPD具有保護功能，而且在壽命和可靠性方面也表現非常出色，因而得以日益普及，其市場(chǎng)規模正在不斷擴大。IPD可以用于汽車(chē)各個(gè)部位的保護，比如日益電子化的車(chē)載電裝系統以及ECU的保護，還有可以在緊急情況下降低風(fēng)險的功能安全設計理念，這些都是智能高低邊開(kāi)關(guān)也就是IPD可以發(fā)揮作用的地方。現在在汽車(chē)各個(gè)部位都可以看到IPD應用的身影，比如說(shuō)引擎控制、變速箱控制、車(chē)燈、防抱死制動(dòng)系統等等。

針對市場(chǎng)對提升可靠性的需求，ROHM早在2014年就開(kāi)始構建IPD專(zhuān)用工藝。此次通過(guò)進(jìn)一步提高專(zhuān)用工藝的電流承載能力，并結合ROHM的模擬設計技術(shù)優(yōu)勢，打造了更廣泛的產(chǎn)品陣容。羅姆公司一直以來(lái)都是垂直統合型的生產(chǎn)體制，凝聚工藝、電路設計、功率封裝幾大技術(shù)優(yōu)勢來(lái)開(kāi)發(fā)模擬電源芯片，同樣的理念也應用于保護IPD的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)之間的連接，從而使得IPD可以匯聚羅姆的先進(jìn)技術(shù)，提供多樣化的產(chǎn)品陣容。羅是自主開(kāi)發(fā)的IPD專(zhuān)用的生產(chǎn)線(xiàn)，將溝槽MOS和CMOS集成于一枚芯片中，在市場(chǎng)上只有包括羅姆在內的三家公司擁有相同的工藝。從電路設計上來(lái)說(shuō)，羅姆針對客戶(hù)需求，追求方便使用易用性，為IPD系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了不同的功能，比如雙重故障反饋、可調限流和壓擺率的控制。功率封裝上羅姆緊貼車(chē)載的需求以及功率器件散熱性的要求，開(kāi)發(fā)出了晶體材料，在封裝上保證了IPD產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足功能安全的技術(shù)要求。

IPD內部的功率MOSFET部分在關(guān)斷時(shí)會(huì )因反電動(dòng)勢而發(fā)熱，新產(chǎn)品采用ROHM自有的電路和器件技術(shù)“TDACC?”，通過(guò)優(yōu)化控制流過(guò)電流的通道數量，在保持小型封裝的前提下抑制了發(fā)熱量并實(shí)現了低導通電阻，這些特性在小型IPD中是很難同時(shí)兼顧的。這將非常有助于各種設備的安全運行和減少功率損耗。采用TDACC?技術(shù)可以進(jìn)一步縮小封裝，從而成功地實(shí)現了業(yè)界尚不多見(jiàn)的SOP-J8封裝雙通道輸出40mΩ（導通電阻）的產(chǎn)品。單通道和雙通道產(chǎn)品均有40、80、160、250mΩ多種導通電阻值可選，能夠滿(mǎn)足客戶(hù)多樣化的需求。另外，新產(chǎn)品的接觸放電耐受能力（表示對過(guò)電流浪涌的耐受能力）也高于普通產(chǎn)品，這將有助于各種設備的安全工作。

未來(lái)，ROHM計劃將采用TDACC?技術(shù)的IPD專(zhuān)用工藝進(jìn)一步微細化，開(kāi)發(fā)更低導通電阻、更小型、更多功能、更多通道的系列IPD產(chǎn)品，通過(guò)豐富的產(chǎn)品陣容為汽車(chē)和工業(yè)設備應用的安全、安心和節能貢獻力量。