ROHM助力智能功率器件實(shí)現(xiàn)功能安全并減少功率損耗

近日，全球知名半導(dǎo)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(shè)備，開發(fā)出40V耐壓?jiǎn)?/span>通道和雙通道輸出的智能低邊開關(guān)（Intelligent Power Device，以下簡(jiǎn)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(guò)替代機(jī)械繼電器和MOSFET，實(shí)現(xiàn)汽車和工業(yè)設(shè)備市場(chǎng)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(jì)月產(chǎn)60萬(wàn)個(gè)的規(guī)模投入量產(chǎn)。

作為安全至上的應(yīng)用，汽車和工業(yè)設(shè)備兩大領(lǐng)域隨著電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)安全性的要求也越來(lái)越高。設(shè)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(jī)械繼電器或MOSFET來(lái)執(zhí)行電子電路的ON/OFF控制，但它們在系統(tǒng)故障時(shí)不具備相應(yīng)的保護(hù)功能。傳統(tǒng)的電路保護(hù)以保險(xiǎn)絲和繼電器為主，但在應(yīng)對(duì)功能安全需求時(shí)存在著不少的問(wèn)題。IPD可以被認(rèn)為是用半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)絲和繼電器的功能，它主要是由輸出角的功率MOS、保護(hù)電路和有源鉗位電路這三大部分組成的，保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械保險(xiǎn)絲和機(jī)械的繼電器，IPD智能半導(dǎo)體功率元器件無(wú)需更換，可靠性高且能實(shí)現(xiàn)靜音。IPD智能功率開關(guān)可以智能地檢測(cè)到線路上的過(guò)電流，然后自主地去關(guān)閉功率MOS以保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)它還可以去通知主控端比如MCU。此外，IPD也可以消除機(jī)械繼電器在過(guò)流保護(hù)的時(shí)候出現(xiàn)的咔嗒聲，這種噪音如果用在車載可能用戶體驗(yàn)不是很好，IPD智能功率器件檢測(cè)到過(guò)電流之后自動(dòng)關(guān)閉功率器件，實(shí)現(xiàn)無(wú)聲無(wú)息地提供保護(hù)，給用戶帶來(lái)比較良好的體驗(yàn)。IPD不僅可以進(jìn)行電子電路的ON/OFF控制，還內(nèi)置有保護(hù)功能，可保護(hù)電路免受電氣故障（異常時(shí)的過(guò)電流）的影響，有助于構(gòu)建安全且可靠性高的系統(tǒng)。新產(chǎn)品配置在電機(jī)和照明等被控設(shè)備的下側(cè)（接地側(cè)）電路中，從電路結(jié)構(gòu)方面看，具有可輕松替代機(jī)械繼電器和MOSFET、易于設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。正是因為IPD的這些特性，其在工業(yè)市場(chǎng)上規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了約2.18億美元，在車載市場(chǎng)上它的需求量也是日益增長(zhǎng)。

從功能安全的角度來(lái)看，IPD具有保護(hù)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(chǎng)規(guī)模正在不斷擴(kuò)大。IPD可以用于汽車各個(gè)部位的保護(hù)，比如日益電子化的車載電裝系統(tǒng)以及ECU的保護(hù)，還有可以在緊急情況下降低風(fēng)險(xiǎn)的功能安全設(shè)計(jì)理念，這些都是智能高低邊開關(guān)也就是IPD可以發(fā)揮作用的地方。現(xiàn)在在汽車各個(gè)部位都可以看到IPD應(yīng)用的身影，比如說(shuō)引擎控制、變速箱控制、車燈、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等等。

針對(duì)市場(chǎng)對(duì)提升可靠性的需求，ROHM早在2014年就開始構(gòu)建IPD專用工藝。此次通過(guò)進(jìn)一步提高專用工藝的電流承載能力，并結(jié)合ROHM的模擬設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，打造了更廣泛的產(chǎn)品陣容。羅姆公司一直以來(lái)都是垂直統(tǒng)合型的生產(chǎn)體制，凝聚工藝、電路設(shè)計(jì)、功率封裝幾大技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)開發(fā)模擬電源芯片，同樣的理念也應(yīng)用于保護(hù)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(jìn)技術(shù)，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(chǎng)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(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，羅姆針對(duì)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(shù)要求。

IPD內(nèi)部的功率MOSFET部分在關(guān)斷時(shí)會(huì)因反電動(dòng)勢(shì)而發(fā)熱，新產(chǎn)品采用ROHM自有的電路和器件技術(shù)“TDACC?”，通過(guò)優(yōu)化控制流過(guò)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(shí)現(xiàn)了低導(dǎo)通電阻，這些特性在小型IPD中是很難同時(shí)兼顧的。這將非常有助于各種設(shè)備的安全運(yùn)行和減少功率損耗。采用TDACC?技術(shù)可以進(jìn)一步縮小封裝，從而成功地實(shí)現(xiàn)了業(yè)界尚不多見的SOP-J8封裝雙通道輸出40mΩ（導(dǎo)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(dǎo)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(duì)過(guò)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(shè)備的安全工作。

未來(lái)，ROHM計(jì)劃將采用TDACC?技術(shù)的IPD專用工藝進(jìn)一步微細(xì)化，開發(fā)更低導(dǎo)通電阻、更小型、更多功能、更多通道的系列IPD產(chǎn)品，通過(guò)豐富的產(chǎn)品陣容為汽車和工業(yè)設(shè)備應(yīng)用的安全、安心和節(jié)能貢獻(xiàn)力量。