COOLiRFETTM 5x6mm PQFN平臺提供了高效率、高功率密度并降低了系統成本

　　目前世界每年所生產(chǎn)的800萬(wàn)輛汽車(chē)之中，傳統的12V電池系統仍然是主導技術(shù)，用來(lái)為電動(dòng)汽車(chē)提供電源，汽車(chē)電氣化的趨勢會(huì )繼續加重12V電池系統的負擔?，F在，總負載已經(jīng)輕松達到3 kW或更高。更具創(chuàng )新性的信息娛樂(lè )系統(例如數字視頻和觸摸屏);更復雜的安全特性，如電子駐車(chē)制動(dòng)器(EPB)，防抱死制動(dòng)系統(ABS);和節油功能，如電子動(dòng)力轉向(EPS)，起停微混合，48V板網(wǎng)結構……，都能將功率要求提到更高的水平。另一方面，嚴格的整體要求主要在于促進(jìn)降低油耗，混合和電動(dòng)汽車(chē)迅速增長(cháng)，相應的，就要求大于12V的電池系統。最終，如何即提高系統效率/功率密度，又降低系統成本，成為保證汽車(chē)電子系統設計能否滿(mǎn)足未來(lái)行業(yè)需求的關(guān)鍵所在。

　　本文首先調查了在選擇功率MOSFET封裝時(shí)，汽車(chē)設計者可能面臨的主要挑戰，并依次討論了下一代功率封裝的要求。本文還將介紹符合汽車(chē)標準的新型5x6mm PQFN封裝，并將詳細討論它們獨有的特性以及如何適合汽車(chē)電子系統的未來(lái)趨勢。

　　1 主流功率MOSFET封裝的限制

　　如上所述，鑒于汽車(chē)系統內的空間有限，所以在試圖滿(mǎn)足更高的功率要求時(shí)進(jìn)入了兩難境地。對于能夠從給定數量的能源資源中獲取多少能量(所謂的“功率密度”)，存在著(zhù)基本的物理極限，而這正是很多汽車(chē)制造商現在正積極努力以提高系統性能的重要領(lǐng)域。對于汽車(chē)半導體，特別是功率MOSFET，在目前的汽車(chē)中都有數以百計的應用，圖1總結了在汽車(chē)系統中所使用的主流的功率MOSFET封裝。DPAK和D2PAK是兩種最受高性能系統歡迎的封裝，它們都具有公認的可靠性記錄，并且符合生產(chǎn)流程。然而，兩種封裝都受制于可以提供的有限的功率密度。以DPAK為例，管腳為65 mm2(6.5 mm x 9.9 mm)，考慮到引線(xiàn)框設計規則的約束，DPAK最多只能容納約10 mm2的晶片。因此，硅片-管腳利用率相當低(15%)，從而限制了功率密度。D2PAK的硅片-管腳的利用率約為20%，但是仍然需要有巨大的提升來(lái)榨取出更多的功率，滿(mǎn)足苛刻的汽車(chē)行業(yè)的要求。

　　所以，如果我們要為將來(lái)希望看到的高性能MOSFET封裝列一個(gè)愿望清單的話(huà)，哪些項目會(huì )在列呢?理想情況下，高性能功率MOSFET封裝應具有以下特性：

　　• 硅片尺寸與封裝尺寸之比高;
　　• 寄生電感與電阻低;
　　• 電流處理能力高;
　　• 適于汽車(chē)制造工藝;
　　• 能夠節約系統成本。

　　2 采用鋁帶結合的5x6mm PQFN 提供了高功率密度

　　與快速采用新封裝、高速變化的消費類(lèi)和計算機行業(yè)相比，汽車(chē)行業(yè)通常更喜歡成熟的技術(shù)。這種現象主要反映了其對可靠性的要求。然而，汽車(chē)行業(yè)也可以利用已經(jīng)得到其他行業(yè)認可的封裝技術(shù)。幾年前，計算機行業(yè)就已經(jīng)顯示出這樣的趨勢，開(kāi)始從DPAK轉變?yōu)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/PQFN">PQFN類(lèi)封裝，以實(shí)現系統尺寸和高度的縮減，同時(shí)仍然保持相似的性能。如今，越來(lái)越多的MOSFET供應商采取了進(jìn)一步措施，讓PQFN封裝達到嚴格的AEC-Q101質(zhì)量標準并將其引入汽車(chē)領(lǐng)域。

　　與DPAK的6.5mm x 9.9mm x 2.3mm相比，5x6mm PQFN封裝的尺寸只有5mm x 6mm x 1mm，占位面積更小，但它卻可以適應最大的晶片，甚至于略大于DPAK的尺寸，將硅片-管腳比從DPAK的15%提高到PQFN的40%以上。這種基本特性讓PQFN能夠實(shí)現高于DPAK的性能。

　　所以MOSFET能夠處理的最大電流不再受制于硅片，而是受封裝限制。特別是，MOSFET能夠處理的最大電流由源極鍵合線(xiàn)決定。傳統的鋁線(xiàn)鍵合是一項簡(jiǎn)單、經(jīng)濟且成熟的技術(shù)。然而，引線(xiàn)鍵合有其固有的缺點(diǎn), 一方面，需要并聯(lián)多個(gè)鍵合線(xiàn)，以實(shí)現大電流性能，相應的會(huì )增加可靠性的考慮。另一方面，鋁線(xiàn)鍵合的橫截面積增加了寄生電阻和電感，進(jìn)而將引入額外的電壓振鈴和額外的損耗，特別是在高開(kāi)關(guān)頻率應用，如DC-DC轉換器設計等。