節(jié)能汽車之“無線”功率開關(guān)

除了裸芯片，IR亦將提供專有的芯片載體解決方案。該方案附有正面金屬可焊IGBT，來支持那些生產(chǎn)線沒有能力處理裸芯片的客戶。最先進(jìn)的高性能IGBT是以非常纖薄的晶圓制造，厚度僅為60到70微米。這些硅晶圓既薄且具彈性，就如紙張一樣，所以必須使用極為專業(yè)的程序和昂貴的器材去處理。很多第一級和第二級的系統(tǒng)供應(yīng)商都不愿意投資這種昂貴的器材，也不想經(jīng)歷需要長久學(xué)習(xí)才會熟練的纖薄芯片處理過程，更不希望要承受薄芯片處理期間非常高的良率耗損。

IR推出的這種貼在專有芯片載體上的新款汽車功率開關(guān)將會把上述顧慮一掃而空。我們將提供預(yù)先貼上IR大型芯片(IGBT及MOSFET)的標(biāo)準(zhǔn)化專有芯片載體。它們隨后會成為客戶電源模塊的一部分，比方說，我們的DirectFET2金屬外殼變成PCB電路的一部分，并且讓每一個人都可以利用最精密的IGBT和薄芯片，而不用使用薄芯片器材。IR作為硅技術(shù)專家，將負(fù)責(zé)最困難的部分，也就是把薄芯片制成基片的制造過程，還有在裸芯片和晶圓層面的開關(guān)最后測試，都會一一解決。只要利用IR的汽車用正面金屬可焊產(chǎn)品線，即使標(biāo)準(zhǔn)的安裝機(jī)械和焊接器材也將足以應(yīng)付非常先進(jìn)的功率模塊或ECU概念。

對我們的客戶和系統(tǒng)設(shè)計師來說，新器件的最大好處并不單單在電力性能上的改進(jìn)，更好的開關(guān)效能、經(jīng)過優(yōu)化的雙面散熱 (我們能夠增加最少50%的整體熱交換面積、減少35%的RthJC，以及提高大約25%的硅電流密度)，還有簡單的制造過程都是重要的優(yōu)點(diǎn)。另一個非凡的效益，將在與應(yīng)用相關(guān)的系統(tǒng)布置和應(yīng)用尺寸，以及在汽車的壽命要求層面上實(shí)現(xiàn)。當(dāng)鍵合線在相對耐用的DBC模塊中或功率周期壓力中的首個失效模式中脫離，采用IR專有正面金屬可焊技術(shù)的無鍵合線IGBT將有機(jī)會將功率周期能力延展一個量級。

圖4展示了IR正在運(yùn)行的功率周期測試。這個測試針是針對一個客戶的定制IGBT系統(tǒng)，將在幾個10,000溫度周期后發(fā)生的鍵合線脫離故障，與使用無鍵合線系統(tǒng)進(jìn)行相同持續(xù)周期測試所得的結(jié)果作出比較，可以看到結(jié)果顯示出極大的分別。借助大幅度的可靠性延展，功率周期能效系統(tǒng)設(shè)計師便能縮小他們的功率級尺寸。

圖4：在專有客戶陶瓷封裝中，鍵合線IGBT與無鍵合線雙面焊接IGBT的功率周期能效比較。上面兩個圖表顯示不同的溫度壓力狀況，每一條色帶代表測試中的各個獨(dú)立器件。

為了避免在實(shí)際應(yīng)用中過早出現(xiàn)鍵合線脫離故障，設(shè)計師通常會采用昂貴的基片和散熱器方式，再加上過大尺寸的功率開關(guān)來降低每個功率周期的Delta-T溫度擺動。相較而言，一個無鍵合線系統(tǒng)的芯片尺寸可以大幅減小，同時系統(tǒng)能夠在更嚴(yán)苛的周期條件下運(yùn)作更長時間。這表明，汽車中的逆變器、直流-直流轉(zhuǎn)換器和其它電源管理應(yīng)用得以通過正面金屬可焊器件顯著降低系統(tǒng)成本。設(shè)計師因而可以在性能、可靠性等多方面取得改善。

為了幫助系統(tǒng)設(shè)計師以適當(dāng)?shù)目刂艻C來完成整個功率級開發(fā)工作，IR提供了多款汽車用驅(qū)動器IC選擇，可滿足先進(jìn)逆變器、轉(zhuǎn)換器、電源拓?fù)浜拖到y(tǒng)要求。我們專有的汽車用高/低電壓柵極驅(qū)動器擁有卓越的耐用性和閉鎖抗擾性。在低于75V的電壓范圍內(nèi)，設(shè)計可基于專有智能功率程序操控驅(qū)動器，實(shí)現(xiàn)非常大的電流開關(guān)。當(dāng)電壓介于100V到1,200V之間時，IR也提供了一個極高電壓接口隔離驅(qū)動器IC系列，該系列配備市場領(lǐng)先的負(fù)瞬態(tài)電壓尖峰安全操作區(qū) (NTSOA) 。IC的失效模式，通常由于采用大電流電感負(fù)載實(shí)現(xiàn)開關(guān)半橋，因而造成大的負(fù)電壓尖峰，被稱為閉鎖效應(yīng)。這些IC都是以耐用性和閉鎖抗擾性為目標(biāo)來設(shè)計，是驅(qū)動擁有極高電流密度的大型IGBT(諸如正面金屬可焊器件)的最佳選擇。如果系統(tǒng)設(shè)計師需要更大的驅(qū)動電流，也可利用器件所提供的緩沖IC來提供最大10A電流的能力。

總之，IR提供一系列的器件，讓汽車功率系統(tǒng)設(shè)計師可以為非常先進(jìn)的“無線”電源管理選擇完整的芯片組，從而支持未來汽車的能源效益，即使要在最嚴(yán)苛的環(huán)境中完成最艱難的開關(guān)任務(wù)，這些器件也可應(yīng)付自如。