高度集成的IGBT點(diǎn)火模塊給汽車電子半導(dǎo)體廠家?guī)?lái)的首要挑戰(zhàn)是熱管理。飛兆半導(dǎo)體是點(diǎn)火IGBT排名第一的供應(yīng)商，市場(chǎng)占有率超過(guò)30%，郭裕亮說(shuō)：“伴隨著汽車復(fù)雜性增加而出現(xiàn)的潛在應(yīng)用或產(chǎn)品故障，IGBT需要具有更強(qiáng)的容錯(cuò)性或自我保護(hù)功能。而隨著新興應(yīng)用對(duì)硅片容量和功率的需求不斷提高，所有功率器件都會(huì)產(chǎn)生熱量，為了減少熱量的產(chǎn)生，要采用具有較低傳導(dǎo)損耗或開(kāi)關(guān)損耗的器件。”
IGBT和MOSFET市場(chǎng)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)
除了熱管理之外，英飛凌科技(中國(guó))有限公司汽車、工業(yè)及多元化電子市場(chǎng)部高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理李立揚(yáng)說(shuō)：“汽車引擎在燃燒的過(guò)程中會(huì)發(fā)生震動(dòng)，這些高頻震動(dòng)的頻率很高，乘客通常無(wú)法察覺(jué)，但是，任何機(jī)械或電氣連接都能夠感知到。因此，首先要改善功率半導(dǎo)體器件的連接工藝，特別是IGBT功率模塊。”他強(qiáng)調(diào)，對(duì)汽車點(diǎn)火IGBT的可靠性和品質(zhì)要求很高，通常要達(dá)到長(zhǎng)于汽車本身的壽命。
郭裕亮指出，隨著傳統(tǒng)的分立產(chǎn)品正被集成式模塊或多芯片器件所取代，以滿足減少熱量和占位面積的需求，為這些集成器件提供較高密度的封裝以實(shí)現(xiàn)更小的功耗是IGBT器件或模塊設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)。為此，飛兆半導(dǎo)體提供名為EcoSPARK的第四代點(diǎn)火IGBT。“較之其它點(diǎn)火IGBT，該產(chǎn)品能夠在更小的面積中處理更多能量。芯片面積的減少、再結(jié)合電流感測(cè)IGBT，能夠在很小的TO263占位面積中提供更多的控制、更高的性能及更好的保護(hù)。”郭裕亮說(shuō)道。
郭裕亮：過(guò)去幾年汽油機(jī)缸內(nèi)直噴應(yīng)用的IGBT數(shù)量增加了4至5倍。此外，飛兆半導(dǎo)體IGBT的其它應(yīng)用還包括燃燒引擎或柴油引擎控制，以及混合電動(dòng)汽車的高電壓和大電流的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)?；旌想妱?dòng)汽車或氫驅(qū)動(dòng)汽車依靠一個(gè)電機(jī)作為車輛的主要驅(qū)動(dòng)力，因而需要相當(dāng)大的功率和極低傳導(dǎo)損耗的IGBT。“飛兆半導(dǎo)體為HEV提供了IGBT、二極管和MOSFET，并正在開(kāi)發(fā)新一代穿透型槽式IGBT，能實(shí)現(xiàn)更低的功率損耗(產(chǎn)熱更少)來(lái)滿足這種新興電動(dòng)汽車的應(yīng)用需求，”郭裕亮強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“新一代IGBT將為汽車設(shè)計(jì)人員帶來(lái)更低的傳導(dǎo)損耗和開(kāi)關(guān)損耗。”
在減小IGBT損耗領(lǐng)域，英飛凌公司先后推出了FS-IGBT和TS-IGBT(溝槽柵場(chǎng)終止)技術(shù)。最新的TS-IGBT技術(shù)覆蓋了600V到1200V系列IGBT，在該技術(shù)中溝槽柵與場(chǎng)終止層(field stop)概念結(jié)合起來(lái)，減少了載子聚集在溝槽柵附近引起的導(dǎo)通損耗。場(chǎng)終止層由附加的n型摻雜層植入晶圓的背面制作而成。將這種場(chǎng)終止層與襯底晶圓的經(jīng)增強(qiáng)的電阻率結(jié)合在一起，就可以把相同耐壓的IGBT芯片厚度減少大約1/3。李立揚(yáng)說(shuō)：“最終使導(dǎo)通損耗減少30%，關(guān)斷損耗降低25%。采用該技術(shù)的600V IGBT3可以在最大結(jié)溫為175度時(shí)提供200A的電流。”
隨著智能型IGBT集成度的提高，安森美半導(dǎo)體首席應(yīng)用工程師Klaus Reindl說(shuō)：“在IGBT芯片中集成額外電路的條件是與已有元件兼容，并且不改變其優(yōu)化的IGBT結(jié)構(gòu)。目前，已集成的功能有溫度感測(cè)和電流檢測(cè)。這兩種檢測(cè)功能的缺陷是需要更多的連接，且不能使用高容量、高性價(jià)比的3端電源封裝。” Reindl認(rèn)為，最佳的解決方案是采用一個(gè)優(yōu)化的、非智能IGBT和一個(gè)線性雙極性或LinCMOS智能預(yù)驅(qū)動(dòng)器，作為MCU和IGBT之間的接口來(lái)提供駐留保護(hù)和控制特性。例如，Zetex半導(dǎo)體公司用SOT236封裝的NPN和PNP復(fù)合晶體管制成的ZXTC2045E6，就能提供電源中高功率MOSFET和IGBT所需的驅(qū)動(dòng)能力。
目前，采用專用點(diǎn)火IGBT實(shí)現(xiàn)的全引擎管理系統(tǒng)具有更加緊湊、精確和控制可靠的特點(diǎn)。但是，飛兆半導(dǎo)體公司汽車應(yīng)用和市場(chǎng)發(fā)展高級(jí)經(jīng)理Jim Gillberg提醒說(shuō)，點(diǎn)火系統(tǒng)從單一雙極達(dá)林頓晶體管演化成每個(gè)汽缸使用一個(gè)點(diǎn)火IGBT后，器件成本問(wèn)題就開(kāi)始凸顯出來(lái)。“改進(jìn)IGBT的成本/性能比的方向是在相同電氣性能的前提下，減少硅片的面積和封裝體積，與此同時(shí)，增加系統(tǒng)的功能并改善性能。”他表示說(shuō)，“我們的點(diǎn)火IGBT通過(guò)一種稱為“PQFN”的封裝技術(shù)，將控制芯片和IGBT封裝在一起，控制芯片在物理上與IGBT隔離，從而避免這兩個(gè)器件相互影響，這種新的多芯片封裝技術(shù)提供更
