安世半導體引領MOSFET技術革命！迎接汽車電動化時代的來臨
2023-10-27 11:34:54 EETOP
封裝技術發展的齒輪加速轉動
當前，新能源汽車中半導體器件的使用數量創下新高，而且對小型、高性能和可靠器件的迫切需求幾乎貫穿所有電子產品市場。在這個趨勢下，封裝技術正扮演著至關重要的角色。
在半導體的早期，封裝主要依賴于打孔技術（Through-Hole Technology, THT），TO-3是其中的代表封裝技術。隨著技術的發展，電子設備的尺寸逐漸縮小，對組件的集成度要求越來越高。這促使了表面貼裝技術（Surface Mount Technology, SMT）的出現和廣泛應用。與 THT 相比，SMT 組件更小、更輕，可以直接焊接到電路板的表面，而無需打孔。這大大提高了生產效率并減小了組件的尺寸。
表面貼裝技術（SMT）的發展對 MOSFET 的進步起到了很大的助推作用。
首先是 SO-8 封裝技術，于20世紀80年代開始流行。它通常是長方形的，如同其名字，SO-8在兩側各有四個引腳，總計8個引腳。SO-8封裝通常由塑料制成，內部有一個金屬引腳框架來連接芯片和外部電路。SO-8封裝為 MOSFET 提供了一個緊湊的解決方案，同時保持了適中的功率處理能力。
在1990年代初，為滿足車用電子和工業應用中對更好散熱的需求，DPAK（TO-252）和D2PAK（TO-263）這兩種表面貼裝封裝技術開始流行。它們都是3引腳設計，都具有金屬外殼，與 DPAK 相比，它的尺寸更大，通常用于更高的功率應用。長久以來，汽車功率 MOSFET 主要依賴于這兩種較舊和較大的引線鍵合封裝。但是隨著行業對小尺寸、高功率密度和高電流處理能力的需求，這兩種封裝技術逐漸不能滿足需求。
于是，2004年，Nexperia 推出了一項新的封裝技術——LFPAK銅夾封裝，這一封裝技術擁有與SO-8相似的尺寸，但卻可以帶來比 DPAK 和 D2PAK 更顯著的效率和性能優勢。
那么，這是如何實現的呢？在 D2PAK 及其各種版本中，芯片與封裝引出端之間通常是采用線纜連接，這種連接方式就限制了其能處理的電流量。而 Nexperia 的 LFPAK 所使用的銅夾片技術，在芯片和引出端之間提供更大面積的接觸，從而能夠處理更大的電流，提高輸出功率。而且銅夾還增強了芯片頂部和底部的散熱能力。
特別是隨著 LFPAK88 的推出，LFPAK 銅夾封裝技術的卓越性能得到了充分的驗證。LFPAK88 采用8mm x 8mm的緊湊封裝尺寸，相比 D2PAK，空間節省效率高達60%（如圖1所示）。更值得注意的是，盡管尺寸更小，LFPAK88 的性能卻能夠實現高出2倍的連續額定電流，終極熱性能和可靠性。LFPAK88堪稱D2PAK的理想替代品。目前，Nexperia 提供適用于汽車的 AEC-Q101和工業級的兩個版本。LFPAK88 不僅廣泛應用于汽車動力轉向、ABS制動、DC/DC 轉換等領域，同時也適用于電池隔離、電池供電工具和電熔絲電機控制等多個工業領域。
圖1：LFPAK88與D2PAK的尺寸比較
近十年來，隨著移動設備和物聯網技術的飛速發展，對小型和高性能 MOSFET 封裝的需求日益增長，QFN（四面平直無引腳封裝） 和 DFN（雙平直無引腳封裝）這樣的小型封裝技術應運而生。在需要高電流、良好散熱和高可靠性的應用中，LFPAK 封裝可能是更好的選擇。但是在低功率應用中，比如小信號類產品（ssMOS），由于功率變化沒有那么大，熱應力相對較小，小封裝的DFN可以充分體現其尺寸優勢。
Nexperia的DFN0606 MOSFET 封裝提供了最微小的 DFN 解決方案，它采用常用的0.35毫米間距尺寸。這個超小型封裝非常適合需要盡量減小空間占用的場合，它既能節省空間，又幾乎不需要額外的組裝工作。這種 MOSFET 封裝非常適合可穿戴設備等小型移動產品的應用。
圖2：DFN0606 MOSFET超小型封裝：提高電源效率、0.35 毫米間距
MOSFET走向“專心”
過去，具有給定的品質因數（FOM）的標準功率開關基本上可以應用于任何場合。但隨著技術的進步和應用的多樣化，對MOSFET的需求比以往任何時候都要復雜和多樣。常規MOSFET數據表上有100多個參數，如Rds(on)、Vth、Ciss和Qg等等。但通常只有少數參數在每個項目中至關重要。而且隨著應用的變化，關鍵參數也會發生變化。
因此，單一的 MOSFET 參數很難滿足所有應用的需求。Nexperia 深諳這一道理，“應用專用”是在 MOSFET 領域的又一大創新，這是基于多年對特定應用的理解和與客戶的攜手合作而推出的產品系列。通過重點優化對某一應用場景最為關鍵的參數，即使可能會犧牲其他不太關聯的參數，但也確保我們的 MOSFET 產品能夠完美匹配特定領域的需求，發揮出最優的性能和效益。
Nexperia打造了一系列更豐富的應用專用 MOSFET。如下圖3所示，大致可以分為車規級 MOS 的 ASFET 和非車規級 ASFET 兩大類，它們的側重點有所不同。其中，熱插拔 ASFET LFPAK88 目前主要用于工業及消費類電子電源，車規級 MOS 的 ASFET 主要在于半橋、重復雪崩和安全氣囊驅動。
圖3：Nexperia應用專用MOSFET一覽
圖4：LFPAK56D半橋比雙LFPAK56D所占用的PCB面積減少了30%
圖5：LFPAK56D半橋的寄生電感減少60%
Nexperia的創新與創“芯”
在智能化與電動化的雙重推動下，MOSFET 仍然大有可為。在這一浪潮中，Nexperia正積極驅動 MOSFET 產品的創新與升級。一方面，通過不斷優化的 LFPAK 封裝技術，實現了 MOSFET 性能的顯著提升和體積的大幅縮小；另一方面，針對不同應用領域，Nexperia推出了一系列領域專用 MOSFET 產品，以滿足多元化的市場需求。這一“雙輪驅動”策略，不僅促使 Nexperia 的 MOSFET產品向更小型、更高性能、更優散熱的方向迅速演進，更將大大推動汽車電動化進程的快速發展。
如需了解更多車規級MOSFET產品，請點擊查看。
