主流功率器件及模块的技术趋势

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1、如今，在银盒(Silver-box)电源、电信/服务器电源、感应加热应用、UPS、汽车电子、PDPTV、LCDTV等领域，能承载较大功率的功率半导体器件得到了广泛应用。但与消费电子应用不同的是，工业、通信和汽车电子用大功率器件对可靠性提出了更高要求。正如飞兆半导体高功率产品部副总裁TaehoonKi所指出的：“高可靠性、节能(能耗更低、能效更高)、高性能、小尺寸、符合RoHS指令应是大功率器件的未来发展趋势。”此外，能源之星、80PLUS、1瓦倡议等能源规范也是目前功率器件革新的关键因素。本文将围绕MOSFE

2、T、IGBT、PFC控制器、AC/DC及DC/DC模块等主流功率产品来探讨功率半导体的技术发展状况，以及应用注意事项和技巧。MOSFET典型导通电阻降至29mΩ改善晶片制造工艺和封装工艺是提升MOSFET性能和可靠性的两条有效途径。国际整流器公司(IR)提供的DirectFETMOSFET封装显著改善了器件的散热水平。DirectFET封装具有传统标准塑料分立封装所不能提供的设计优势，其金属罐构造(如图所示)可提供双面冷却功能，将用于驱动先进微型处理器的高频DC/DC降压转换器的电流处理能力提高一倍。IR公司

3、基于该封装技术和HEXFET功率MOSFET硅推出的150VDirectFETMOSFETIRF6643PbF额定电流可达35A，散热表现优秀且效率更高。该器件的典型10VRDS(on)非常低，只有29mΩ。当衡量MOSFET功率器件的性能时，导通电阻(Ron)和门极电荷(Qg)是一对互相矛盾的指标。通常如果要减小导通电阻，就需要在功率开关器件中尽可能地增加MOS管的并联数量，但由于每个MOS管都相当于一个电容，从而使得等效电容迅速提高，这又增加了开关损耗。因此，无论哪个指标过高都会影响功率器件的性能。英飞凌

4、新推出的500VCoolMOSCP系列从以上两个方面进行了优化，在TO247封装下实现了45mΩ的导通阻抗。由于采用创新的物理结构，并引入N型外延层，这款器件的Ron*A并不会随着击穿电压的增大而迅速攀升，与标准MOSFET相比，它的开关损耗可显著降低。IR公司的DirectFET封装可在MOSFET器件的顶部进行冷却。“由于低导通阻抗MOSFET能够以相同或更小的芯片尺寸在恶劣的电气环境下实现高可靠性，因此可以节省宝贵的板空间。而传统的平面MOS产品则在大芯片尺寸下提供高可靠性。”TaehoonKim指出。

5、飞兆半导体针对等离子体显示板(PDP)应用推出的FDB2614(200V)和FDB2710(250V)N沟道MOSFET，采用了该公司专利的PowerTrench工艺技术，这些MOSFET可提供极低的导通阻抗和栅极电荷，因而在PDP系统中能获得更低的传导损耗和良好的开关性能。器件采用了占位面积较小的D2PAK封装，能够承受快速电压(dv/dt)和电流(di/dt)开关瞬态。混合动力汽车对IGBT的新要求商用电动车(EV)以及混合动力电动车(HEV)的出现为IGBT模块开创了一个新的市场。但高环境温度、暴露于机

6、械冲击以及特定的驱动循环等环境条件，对IGBT功率模块的机械和电气特性提出了苛刻的要求。EV和HEV中对IGBT功率模块的可靠性要求最高的部分是传动系，IGBT位于逆变器中，为混合系统的电机提供能量。根据传动系的概念，逆变器可以放置在汽车尾箱、变速箱内或引擎盖下靠近内燃机的位置，因此IGBT模块要经受严峻的热和机械条件(振动和冲击)的考验。据英飞凌科技的亚太区混合动力汽车电子技术市场主任工程师AndreasVolke介绍，英飞凌已经开发出HEV专用的两个模块系列HybridPACK1和HybridPACK2。

7、这两种型号的产品都基于英飞凌的IGBT沟道栅场终止技术，能提供最低的导通和开关损耗。其中所选用的600V的第三代芯片能工作在150℃的结温Tj,op下(绝对最大Tj,max=175℃)。Volke补充道，诸如E-Busses和E-Trucks等大功率电动车辆更需要坚固和可靠的IGBT模块。对于这些应用，PrimePACK系列模块则是理想的选择。它们具有两种不同的封装形式，并具有采用英飞凌IGBT4芯片技术(Tj,op=150℃,Tj,max=175℃)的1,200V/1,400A和1,700V/1,000A的

8、最大半桥配置。雪崩耐久性也是决定IGBT器件性能的关键因素之一，飞兆半导体的1,200V/15ANPT-TrenchIGBT在电磁感应加热(IH)应用中可负荷高达300mJ雪崩能量，从而大幅增强系统可靠性。FGA15N120ANTD提供了低导通损耗(Vce(sat),typ=1.9V)和低开关损耗之间的最佳平衡，同时能够提高效率并显著降低系统工作温度。PFC走向与PWM控制器融合在实际应用中，当出现