怎样获得出色的集成功率器件

“智能功率”和“集成功率器件”等词汇已经被用滥了，而且其定义也非常含糊。本文中所指的“智能功率”或“集成功率器件”是已封装的器件，能完成信号处理和功率处理功能。

“智能功率”，或者“集成功率器件”拥有信号处理功能，但与信号处理集成电路相比，其功能通常有限而且简单。因此，“智能功率”器件首先是功率器件，它面临着类似于普通功率器件的问题：散热、适应性及性能。

散热

半导体产生的损耗会引起结温的升高，结温的升高会给半导体带来不安全隐患。如何在窄小的空间中散热是多数设计的关键问题。改善最终产品的热传导可以处理这一问题，尽量减少损耗也可以达到这一目的，为此就需要选用引脚(板面积)许可的功耗最低(热量生成)的器件。公式1概述了热量生成和结温之间的关系。

其中，(V_onxI_on)代表导通状态下的器件功耗，(ιV(t)x I(t)dt)f代表开关损耗或能量吸收的功率损耗，如SCIS、UIS或线性工作方式，R_th代表结与周围的热阻。

时下使用的有两种MOSFET结构，平面MOSFET和沟道MOSFET，如图1所示。

其中，W和L是沟道的宽度和长度，μ是电子的表面移动性。

观察MOSFET特定导通电阻是了解不同技术的好方法，图2显示了30V的功率MOSFET特定导通电阻变化趋势。

沟道型器件的沟道更进一步垂直于器件的表面。这种布置可以使单元之间更紧凑，同时去除了一些电阻，特别是“JFET电阻”，并且降低了“epi电阻”，这从公式2和3之间的差异可见。在横向功率器件中，漏和源区域在晶片上以交错的方式排列。准纵向功率器件拥有垂直方向的MOSFET，但是要求接线回到硅片的表面。

FSD210B是一只带有PWM控制器，采用7引脚DIP封装的单片700VSenseFET的功率开关。其功能包括：减小EMI的调频固定振荡器、欠压锁定(UVLO)保护、故障条件下限定输出功率的自动重启功能、前沿消隐、过载保护(OLP)、接续脉冲限流、过热关机保护(TSD)、优化栅通／断驱动器、用于环路补偿的温度补偿精密电流源以及故障保护电路。它就可以处理复杂的信号和进行低功率操作。

图3中的FDSS2407是SO-8封装的62V、132mΩ、5V逻辑栅电平双MOSFET，它具有漏到源电压的5V逻辑电平反馈信号，可将多个器件通过“或”方式连接到监控电路输入。栅极禁止功能可以实现器件独立于栅极土的驱动信号而关断。该功能允许二次控制电路在必要时解除负载，还可以采用“或”连接，通过集电极开路／漏控制晶体管控制多个器件。

功率MOSFET芯片包含了一些有限的功能，如图4所示。

如果器件要同时处理大量信号和进行大功率操作，有效的方式就是将芯片分成独立的信号处理和功率处理器件。图5所示的FDMS2380就是一个好例子。该器件是双智能低端驱动器，带有专门为驱动感性负载而设计的内置循环和去磁电路，输入与CMOS兼容。诊断输出可提供开路负载和去磁模式的指示。器件由内置的过流、过压和超温电路保护。

由图5可见，在PQFN封装中集成了四个功率芯片和两个高性能BiCMOS控制芯片。这种封装与金属引线框架的直接连接得到了低热阻，并且信号线和铝质结合线可以用小的金质结合引线和小型结合焊盘代替。

灵活性

汽车系统的设计人员时刻面对缩短设计周期的压力。传统的“智能功率”单片技术具有复杂的制造工艺，降低了开发新器件的速度和灵活性。使用多芯片智能功率技术，功率和信号器件的开发可以并行的方式进行。这允许快速开发针对用户要求的新产品。

性能

为了使功耗更低，需要RDS(ON)更低的产品，意味着在给定电流下，开关上的压降更低。而在汽车模块设计中需要重点考虑的是降低噪声和对负载情况的精密感应。多芯片“智能功率”器件实现了对低压降和低电流的更精密测量。多芯片智能技术在功率和控制芯片之间提供了卓越的隔离，这种隔离改善了产品的耐用性和可靠性，尤其是在严酷的电机环境中。

注：“本文中所涉及注解、公式、表格等请以PDF格式阅读原文。”

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