節(jié)能汽車之“無線”功率開關
近年來，節(jié)能成為全新汽車技術(shù)和趨勢的熱門話題。回顧過去20年，汽車的電子化主要由駕駛者對更舒適和更豪華的設備，例如電動車窗、電動天窗和敞篷車蓋、高級音響器材、電動座椅、空調(diào)或電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等的渴求所推動，這些設備全都增加了汽車對半導體及電子零件的需求�，F(xiàn)在，電子化汽車設計的首要目標已經(jīng)有所不同。雖然豪華設備和更好的駕駛功能對汽車來說仍然重要，但現(xiàn)在以至可見的未來，當代汽車所采用的大部分電子系統(tǒng)，也是以減少排放、提高燃料效率，并且降低車內(nèi)系統(tǒng)的電力消耗為推動力。
達到這個目標的最好方法，便是使用更有效率，也更智能的電子系統(tǒng)去替代汽車的機械及液壓系統(tǒng)。典型的例子有以電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)替代液壓或者電動液壓系統(tǒng)；電力電機驅(qū)動替代連續(xù)運行的皮帶驅(qū)動系統(tǒng)，就像空調(diào)壓縮器、渦輪充電器，或其它的泵和風扇。即使是一些照明應用，如能夠節(jié)能的“高強度氣體放電燈”(HID)或LED燈，也用來代替欠缺效率的傳統(tǒng)燈泡。最終，內(nèi)燃引擎亦將會由具效率的電動電機所取代，就像我們現(xiàn)在于混合動力和電動汽車的動力系統(tǒng)所看到的一樣。
汽車電子化也使國際整流器公司(IR)這些半導體供應商以開發(fā)高效率的電源管理解決方案為己任，從而盡量提高這些應用的能源效益。IR先進的電源管理解決方案結(jié)合了非常先進的硅技術(shù)及革命性的新封裝技術(shù)，能夠同時改善汽車系統(tǒng)的性能和耐用性。特別是在封裝方面，我們?yōu)橄到y(tǒng)設計師帶來創(chuàng)新解決方案，以及設計ECU、電機驅(qū)動和電源的新方法。
現(xiàn)今的硅技術(shù)實現(xiàn)了非常好的開關，例如最新的溝道MOSFET和IGBT。不過，相關的封裝技術(shù)經(jīng)常利用十分保守的焊接方法把硅芯片裝貼到基片或鉛框架，并且以鍵合線連接其表面。早在2002年，IR已經(jīng)開始發(fā)展新的連接界面，希望通過簡單的封裝，就能把我們最好的硅技術(shù)連接到電力電路，還把電流和熱流的界面減到最少。最終的成果是，我們開發(fā)出免除鍵合線的DirectFET技術(shù)。這種技術(shù)的實現(xiàn)有賴于硅開關的正面金屬可焊，以便使由簡單金屬外殼包圍的MOSFET 可直接焊接到印刷電路板。圖1和圖2所展示的概念主要是設計簡單、盡量減少物料和界面，最特別的是無需再用鍵合線去達到最好的電力和溫度性能。此外，這個概念也能夠提高汽車系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，因為它消除了汽車功率周期中的主導失效模式：也就是所謂的鍵合線脫離。
圖1：DirectFET焊接在PCB上。
圖2：DirectFET的橫切面：硅芯片的溫度和電力接口盡量縮小尺寸，同時電力和溫度性能也遠遠超出采用鍵合線的標準封裝。
直接封裝概念非常適合同時要求卓越性能、質(zhì)量、耐用性和長久可靠性的汽車應用。與此同時，IR優(yōu)化了DirectFET概念，結(jié)果造就了我們在今年初推出、全面汽車認可的DirectFET2產(chǎn)品線。有關的汽車芯片由一個小外殼包圍，讓的客戶可以為其電子控制單元和功率級引入非常創(chuàng)新的設計概念。這些 DirectFET2開關能夠通過不同的方法散熱，包括從器件的上方散熱，免除了組件要通過PCB，甚至利用ECU外殼兩側(cè)進行冷卻的需要，也不用藉著在 ECU設計里的其它散熱部分來降低溫度。客戶因而可生產(chǎn)專有的系統(tǒng)解決方案，從而在其它采用標準封裝零件和鍵合線的競爭對中脫穎而出。
圖3：汽車用DirectFET2的各種創(chuàng)新散熱方法選擇
IR 將其無鍵合線策略伸延到所有汽車用的功率開關。其最新一代的IGBT也具備IR專有的正面金屬可焊技術(shù)，提供完全沒有鍵合線的芯片連接，也為采用IGBT 和二極管的高電壓系統(tǒng)實現(xiàn)了雙面散熱概念。據(jù)我所知，IR是首家以裸芯片搭配正面金屬可焊技術(shù)來推出商用汽車認可IGBT的公司，使擁有硅處理能力的客戶可以建立和設計它們自己的雙面散熱無鍵合線功率模塊或功率級。有了IR的正面金屬可焊器件，平常無法接觸專有硅技術(shù)的系統(tǒng)設計師，現(xiàn)在也可享受“無線汽車電源管理”的世界。
