節(jié)能汽車之“無線”功率開關(guān)

近年來，節(jié)能成為全新汽車技術(shù)和趨勢的熱門話題?；仡欉^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(shè)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(shè)備全都增加了汽車對半導(dǎo)體及電子零件的需求?，F(xiàn)在，電子化汽車設(shè)計的首要目標(biāo)已經(jīng)有所不同。雖然豪華設(shè)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(dāng)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(dá)到這個目標(biāo)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(fēng)扇。即使是一些照明應(yīng)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(dǎo)體供應(yīng)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(yīng)用的能源效益。IR先進(jìn)的電源管理解決方案結(jié)合了非常先進(jìn)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(shè)計師帶來創(chuàng)新解決方案，以及設(shè)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(guān)，例如最新的溝道MOSFET和IGBT。不過，相關(guān)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(guān)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(shè)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(dá)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(dǎo)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出采用鍵合線的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(rèn)可的DirectFET2產(chǎn)品線。有關(guān)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(shè)計概念。這些DirectFET2開關(guān)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(jìn)行冷卻的需要，也不用藉著在ECU設(shè)計里的其它散熱部分來降低溫度?？蛻粢蚨缮a(chǎn)專有的系統(tǒng)解決方案，從而在其它采用標(biāo)準(zhǔn)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