2007.11.29
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高度集成的IGBT點火模塊給汽車電子半導體廠家?guī)淼氖滓魬?zhàn)是熱管理。飛兆半導體是點火IGBT排名第一的供應商，市場占有率超過30%，郭裕亮說：“伴隨著汽車復雜性增加而出現(xiàn)的潛在應用或產(chǎn)品故障，IGBT需要具有更強的容錯性或自我保護功能。而隨著新興應用對硅片容量和功率的需求不斷提高，所有功率器件都會產(chǎn)生熱量，為了減少熱量的產(chǎn)生，要采用具有較低傳導損耗或開關損耗的器件?！?/p>
IGBT和MOSFET市場增長預測
除了熱管理之外，英飛凌科技(中國)有限公司汽車、工業(yè)及多元化電子市場部高級市場經(jīng)理李立揚說：“汽車引擎在燃燒的過程中會發(fā)生震動，這些高頻震動的頻率很高，乘客通常無法察覺，但是，任何機械或電氣連接都能夠感知到。因此，首先要改善功率半導體器件的連接工藝，特別是IGBT功率模塊?！彼麖娬{(diào)，對汽車點火IGBT的可靠性和品質(zhì)要求很高，通常要達到長于汽車本身的壽命。
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現(xiàn)更小的功耗是IGBT器件或模塊設計面臨的挑戰(zhàn)。為此，飛兆半導體提供名為EcoSPARK的第四代點火IGBT。“較之其它點火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?！惫Ａ琳f道。
郭裕亮：過去幾年汽油機缸內(nèi)直噴應用的IGBT數(shù)量增加了4至5倍。此外，飛兆半導體IGBT的其它應用還包括燃燒引擎或柴油引擎控制，以及混合電動汽車的高電壓和大電流的交流電機驅(qū)動系統(tǒng)的應用設計?；旌想妱悠嚮驓潋?qū)動汽車依靠一個電機作為車輛的主要驅(qū)動力，因而需要相當大的功率和極低傳導損耗的IGBT?！帮w兆半導體為HEV提供了IGBT、二極管和MOSFET，并正在開發(fā)新一代穿透型槽式IGBT，能實現(xiàn)更低的功率損耗(產(chǎn)熱更少)來滿足這種新興電動汽車的應用需求，”郭裕亮強調(diào)說：“新一代IGBT將為汽車設計人員帶來更低的傳導損耗和開關損耗。”
在減小IGBT損耗領域，英飛凌公司先后推出了FS-IGBT和TS-IGBT(溝槽柵場終止)技術。最新的TS-IGBT技術覆蓋了600V到1200V系列IGBT，在該技術中溝槽柵與場終止層(field stop)概念結(jié)合起來，減少了載子聚集在溝槽柵附近引起的導通損耗。場終止層由附加的n型摻雜層植入晶圓的背面制作而成。將這種場終止層與襯底晶圓的經(jīng)增強的電阻率結(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。李立揚說：“最終使導通損耗減少30%，關斷損耗降低25%。采用該技術的600V IGBT3可以在最大結(jié)溫為175度時提供200A的電流。”
隨著智能型IGBT集成度的提高，安森美半導體首席應用工程師Klaus Reindl說：“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和電流檢測。這兩種檢測功能的缺陷是需要更多的連接，且不能使用高容量、高性價比的3端電源封裝。” Reindl認為，最佳的解決方案是采用一個優(yōu)化的、非智能IGBT和一個線性雙極性或LinCMOS智能預驅(qū)動器，作為MCU和IGBT之間的接口來提供駐留保護和控制特性。例如，Zetex半導體公司用SOT236封裝的NPN和PNP復合晶體管制成的ZXTC2045E6，就能提供電源中高功率MOSFET和IGBT所需的驅(qū)動能力。
目前，采用專用點火IGBT實現(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。但是，飛兆半導體公司汽車應用和市場發(fā)展高級經(jīng)理Jim Gillberg提醒說，點火系統(tǒng)從單一雙極達林頓晶體管演化成每個汽缸使用一個點火IGBT后，器件成本問題就開始凸顯出來。“改進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，增加系統(tǒng)的功能并改善性能?！彼硎菊f，“我們的點火IGBT通過一種稱為“PQFN”的封裝技術，將控制芯片和IGBT封裝在一起，控制芯片在物理上與IGBT隔離，從而避免這兩個器件相互影響，這種新的多芯片封裝技術提供更具成本效益的組件，能應付惡劣的汽車應用環(huán)境且可靠性高?！?/p>
吉利發(fā)動機的林輝部長說：“汽油機缸內(nèi)直噴控制系統(tǒng)正是采用了先進的IGBT模塊，才極大地提高了燃油效率。”目前，博世的多點順序汽油噴射智能點火控制模塊已經(jīng)廣泛用于中國生產(chǎn)的汽車之中。隨著汽油發(fā)動機由傳統(tǒng)的電控多點燃油噴射向多點順序噴射的轉(zhuǎn)移，用于汽車點火控制的IGBT器件市場有望高速增長。isuppli預測汽車IGBT市場有望以17.2%的年復合增長率高速發(fā)展(圖1)，位居汽車電源管理器件之首，MOSFET市場增長據(jù)其次。
