高能效功率电子手艺领域的新进展

STx7N95K3系列为功率MOSFET新增一个950V的击穿电压级别产品,此一新级别的产品特别适用于通过把工作电压提高到400V或更高来降低能耗的系统。与竞争品牌的900V产品相比,意法半导体全新950V功率MOSFET的安全工作面积更大,可靠性更高。高压电源设计人员还可以使用一个
单一950V
MOSFET取代双晶体管电路,从而简化电路设计,缩减尺寸,减少元器件数量。

IR公司的新产品具有电离总剂量300K拉德抗辐射特性,单粒子效应的单粒子翻转阈值为81MeV-cm2/mg,Vgs额定值为12V。根据预期的设计轨道和辐射环境,R8
抗辐射MOSFET可以满足使用寿命15年或更长的任务要求。R8
MOSFET价格为每250个594美元。产品订单立刻生效,价格会有变更。产品遵循美国出口管制法律法规。

图片 1

·保证符合DLA相关规格

随后将推出的新产品是:950V 的BVDSS STW25N95K3、STP13N95K3、STD5N95K3和
1200V 的BVDSS
STP6N120K3。在推出这些产品后,意法半导体还将在2009年推出后续产品,包括850V、950V、1050V和1200V系列产品。

[据军事与航空电子网站2013年8月17日报道]功率管理技术供应商国际整流器公司推出两款高性能R8抗辐射功率场效应晶体管,优选后用于宇航级负载点稳压器。新型R8的开发将为航天系统设计提供小尺寸、轻量级和高效率产品。

工艺与材料的创新
随着时间的推移,功率晶体管技术得到了持续的改善。器件的体积不断缩小,功率密度越来越高。在电压高于1
kV的大功率晶体管方面,双极结构已成为首选;低于1
kV电压,特别是频率高于100
kHz时,更多采用的是MOSFET。高于此电压的大电流应用则选择IGBT。
开发这类器件的主要挑战在于,在开关频率持续上升时,需要通过减小由导通阻抗导致的导电损耗、降低内部电容,以及改善反向恢复性能,将内部损耗降到最低。由于击穿电压更高及未钳位开关特性(UIS)的缘故,提升击穿强固性也非常重要。
以往,开发电压低于40
V的低压MOSFET的重点在于,给定导通阻抗条件下将裸片尺寸减至最小,从而降低单位成本。因此,最重要的质量因子(Figure
of Merit, FOM)就是单位为mΩ x
mm2的特征导通阻抗(RDS(ON)spec)。由于低压FET中沟道阻抗(channel
resistance)对特征导通阻抗有较大影响,业界主要致力于在可用面积上配置尽可能多的FET沟道。平面沟道被垂直“沟槽门”沟道替代,同时使用先进的光刻技术来缩小表面尺寸。
但是,减小沟槽FET间距的方法并不能轻松达到采用RDS(ON)xQg(d)定义的关键质量因子,因为单位面积上的导通阻抗方面的改进被单位面积门电荷(Qg)增加所抵消。因此,开发就转向了诸如沟槽FET(带有额外解耦垂直场效电板从漏极屏蔽门极)、沟槽LDMOS(结合了沟槽MOS的紧凑性及背面漏极与LDMOS的较低Qg(d)),以及优化了金属化/封装的LDMOS等架构。
虽然多年来基于硅的晶体管有了持续改进,但硅基材料特性上的限制表明,未来十年人们还需要寻求其它可用方案。目前,利用宽带隙材料(氮化镓、碳化硅及钻石)的方案已经出现。这些材料可以提供更好的热特性,开关损耗更低,而且结合了更有吸引力的低导通阻抗(RDS(ON))和高击穿电压(VBD)性能的优势。
宽带隙材料也可以在高压应用中实现重大突破。氮化镓和碳化硅的临界击穿场的数量级高于硅,迄今发布的器件也具有热导率更高(比硅高约3倍)的优势。在高于1
kV的应用中碳化硅是首选材料,而氮化镓则最适于电压低于1
kV的应用。然而,仍然需要克服一些技术障碍,如增加硅上厚氮化镓层以提供高额定电压、制造增强模式晶体管及提升可靠性等。预计未来几年,首批高压氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)就会上市。
功率器件更加智能 智能电源IC (Smart power
IC)是一种在一块芯片上将”智能”和”电源”集成起来的全新器件。它广泛应用于包括电源转换器、马达控制、荧光灯整流器、自动开关、视频放大器、桥式驱动电路以及显示驱动等多个领域。
中国是全球最大的消费电子产品市场,各种电子产品的需求与日俱增,这预示着智能电源IC将有巨大的市场。
智能电源IC采用结合型双极/CMOS/DMOS(BCD)工艺,使模拟、数字及电源方面的系统设计能够集成在单片衬底上。后续的BCD工艺改善了高压隔离、数字特征尺寸(提供更高模拟精度、逻辑速度与密度等)及功率处理能力。现代工艺能够集成数字处理器、RAM/ROM内存、内嵌式内存及电源驱动器。例如,采用BCD工艺可以在单芯片上集成电源、逻辑及模拟等功能。
随着CMOS几何尺寸的持续缩小,高内嵌智能的需求导致了16/32位处理器、多Mb
ROM/RAM/非易失性内存,及复杂IP的集成。为了模组更高精度感测机制、高比特率数据转换、不同接口协议、预驱动器/控制环路,及精确片上电压/电流参考的需求,模拟功能也在不断增多。业界已经推出了100至200
V及5至10
A的电源驱动器。这些器件带有低导通阻抗,及利用深沟槽及绝缘硅(SOI)技术的高密度、强固型高压隔离架构。
用于AC-DC逆变器的集成型600 V晶体管技术与用于低于100
V应用的技术相辅相成,被证明是另一个重要市场。先进的亚微米CMOS工艺将推动低成本、低导通阻抗驱动器的集成从传统LDMOS器件转向双及三低表面电场(RESURF)
DMOS、超结LDMOS及LIGBT。 封装技术潜力无限
当前功率半导体封装的主要趋势是增强互连,包括旨在降低阻抗/寄生效应的晶圆级技术,以及增强型片上散热。厚铜、金或铝线邦定、缎带(ribbon)/封装黏着(clip
bonding)
,以及功率优化的芯片级封装(CSP),也在增强裸片与外部电极之间的电阻连接效率。图1显示了封装技术的演进。

2.抗辐射MOSFETs:

意法半导体推出全新系列功率MOSFET晶体管,新产品的击穿电压更高,抗涌流能力更强,电能损耗更低,特别适用于设计液晶显示器、电视机和节能灯镇流器等产品的高能效电源。

新型R8逻辑级功率MOSFET利用沟道技术提供极低的导通电阻(RDS),其典型值为12mΩ,全部栅极电荷(QG)的典型值为18nC,与已有方案相比,有效性能提高6%。IR
HLNM87Y20SCS型器件击穿电压BVdss额定值20V,最大漏极电流额定值17A。新器件采用IR
SMD 0.2新型表面贴装型封装,与现有SMD
0.5封装方案相比,节省空间50%。在微电路设计方案中,还可提供TO-39型封装形式或裸片形式。

图:功率封装整合路线图

SEMICOA公司新型MOSFET产品应用范围广泛,包括JAN级、JANTX级、JANTXV级和JANS级的应用。利用公司N通道和P通道的拓扑专用体系架构,新型MOSFET产品满足国防和航空航天客户对产品性能和供货的要求。此外,在抗辐射要求方面,SEMICOA公司新型抗辐射MOSFETs为客户提供了成熟的可选产品。

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