ROHM助力智能功率器件實現(xiàn)功能安全并減少功率損耗

近日，全球知名半導體制造商ROHM面向引擎控制單元和變速箱控制單元等車載電子系統(tǒng)、PLC（Programable Logic Controller）等工業(yè)設備，開發(fā)出40V耐壓單通道和雙通道輸出的智能低邊開關（Intelligent Power Device，以下簡稱IPD）“BV1LExxxEFJ-C / BM2LExxxFJ-C系列”，此次共推出8款產(chǎn)品。這些產(chǎn)品通過替代機械繼電器和MOSFET，實現(xiàn)汽車和工業(yè)設備市場所需的功能安全。新產(chǎn)品已于2022年10月開始暫以系列合計月產(chǎn)60萬個的規(guī)模投入量產(chǎn)。

作為安全至上的應用，汽車和工業(yè)設備兩大領域隨著電子系統(tǒng)越來越復雜，對安全性的要求也越來越高。設備開發(fā)中必須要考慮到如何在緊急情況下確保功能安全。傳統(tǒng)上，通常采用機械繼電器或MOSFET來執(zhí)行電子電路的ON/OFF控制，但它們在系統(tǒng)故障時不具備相應的保護功能。傳統(tǒng)的電路保護以保險絲和繼電器為主，但在應對功能安全需求時存在著不少的問題。IPD可以被認為是用半導體技術實現(xiàn)保險絲和繼電器的功能，它主要是由輸出角的功率MOS、保護電路和有源鉗位電路這三大部分組成的，保護電路實現(xiàn)過流保護和過熱保護。相對于傳統(tǒng)的機械保險絲和機械的繼電器，IPD智能半導體功率元器件無需更換，可靠性高且能實現(xiàn)靜音。IPD智能功率開關可以智能地檢測到線路上的過電流，然后自主地去關閉功率MOS以保護系統(tǒng)，同時它還可以去通知主控端比如MCU。此外，IPD也可以消除機械繼電器在過流保護的時候出現(xiàn)的咔嗒聲，這種噪音如果用在車載可能用戶體驗不是很好，IPD智能功率器件檢測到過電流之后自動關閉功率器件，實現(xiàn)無聲無息地提供保護，給用戶帶來比較良好的體驗。IPD不僅可以進行電子電路的ON/OFF控制，還內(nèi)置有保護功能，可保護電路免受電氣故障（異常時的過電流）的影響，有助于構建安全且可靠性高的系統(tǒng)。新產(chǎn)品配置在電機和照明等被控設備的下側（接地側）電路中，從電路結構方面看，具有可輕松替代機械繼電器和MOSFET、易于設計的優(yōu)點。正是因為IPD的這些特性，其在工業(yè)市場上規(guī)模已經(jīng)達到了約2.18億美元，在車載市場上它的需求量也是日益增長。

從功能安全的角度來看，IPD具有保護功能，而且在壽命和可靠性方面也表現(xiàn)非常出色，因而得以日益普及，其市場規(guī)模正在不斷擴大。IPD可以用于汽車各個部位的保護，比如日益電子化的車載電裝系統(tǒng)以及ECU的保護，還有可以在緊急情況下降低風險的功能安全設計理念，這些都是智能高低邊開關也就是IPD可以發(fā)揮作用的地方。現(xiàn)在在汽車各個部位都可以看到IPD應用的身影，比如說引擎控制、變速箱控制、車燈、防抱死制動系統(tǒng)等等。

針對市場對提升可靠性的需求，ROHM早在2014年就開始構建IPD專用工藝。此次通過進一步提高專用工藝的電流承載能力，并結合ROHM的模擬設計技術優(yōu)勢，打造了更廣泛的產(chǎn)品陣容。羅姆公司一直以來都是垂直統(tǒng)合型的生產(chǎn)體制，凝聚工藝、電路設計、功率封裝幾大技術優(yōu)勢來開發(fā)模擬電源芯片，同樣的理念也應用于保護IPD的開發(fā)和生產(chǎn)之間的連接，從而使得IPD可以匯聚羅姆的先進技術，提供多樣化的產(chǎn)品陣容。羅是自主開發(fā)的IPD專用的生產(chǎn)線，將溝槽MOS和CMOS集成于一枚芯片中，在市場上只有包括羅姆在內(nèi)的三家公司擁有相同的工藝。從電路設計上來說，羅姆針對客戶需求，追求方便使用易用性，為IPD系列產(chǎn)品開發(fā)了不同的功能，比如雙重故障反饋、可調(diào)限流和壓擺率的控制。功率封裝上羅姆緊貼車載的需求以及功率器件散熱性的要求，開發(fā)出了晶體材料，在封裝上保證了IPD產(chǎn)品能夠滿足功能安全的技術要求。

IPD內(nèi)部的功率MOSFET部分在關斷時會因反電動勢而發(fā)熱，新產(chǎn)品采用ROHM自有的電路和器件技術“TDACC?”，通過優(yōu)化控制流過電流的通道數(shù)量，在保持小型封裝的前提下抑制了發(fā)熱量并實現(xiàn)了低導通電阻，這些特性在小型IPD中是很難同時兼顧的。這將非常有助于各種設備的安全運行和減少功率損耗。采用TDACC?技術可以進一步縮小封裝，從而成功地實現(xiàn)了業(yè)界尚不多見的SOP-J8封裝雙通道輸出40mΩ（導通電阻）的產(chǎn)品。單通道和雙通道產(chǎn)品均有40、80、160、250mΩ多種導通電阻值可選，能夠滿足客戶多樣化的需求。另外，新產(chǎn)品的接觸放電耐受能力（表示對過電流浪涌的耐受能力）也高于普通產(chǎn)品，這將有助于各種設備的安全工作。

未來，ROHM計劃將采用TDACC?技術的IPD專用工藝進一步微細化，開發(fā)更低導通電阻、更小型、更多功能、更多通道的系列IPD產(chǎn)品，通過豐富的產(chǎn)品陣容為汽車和工業(yè)設備應用的安全、安心和節(jié)能貢獻力量。