從分布式到現代汽車(chē)區域E/E架構的發(fā)展

車(chē)輛基礎設施中的功率半導體

工程師和設計人員已經(jīng)借鑒電子行業(yè)的傳統方法應對這一挑戰：提高半導體集成度并使用復雜的多層襯底以縮小元件間距，從而減少PCB和設備的尺寸。

然而，額外電路的加入也推升了每個(gè)ECU的典型功率需求。由于空間有限，電源電路必須更小，而處理的功率卻更大，這就提高了功率密度，并要求增加散熱，以防止過(guò)熱和ECU早期故障。

在其他行業(yè)，設計人員迅速采用先進(jìn)的電源轉換拓撲結構，利用同步整流和零電壓開(kāi)關(guān)等技術(shù)提高效率并減少散熱。然而，在汽車(chē)領(lǐng)域，成本、可靠性、耐用性等因素占據主導地位，設計人員往往傾向于采用更保守、更成熟的方案，如異步降壓、升壓和SEPIC轉換器。因此，雖然功率密度的壓力促使元件供應商開(kāi)發(fā)出尺寸更小的封裝，但元件的散熱量必須保持不變。 

晶體管和整流二極管需要新型半導體封裝，既節省空間，又具有極高的熱效率。在許多代產(chǎn)品中，設計人員一直依賴(lài)于SOT23和SMx（SMA、SMB、SMC）等現有的封裝方式，但隨著(zhù)需求的快速迭代，目前急需散熱能力更強的新型封裝。

底層創(chuàng )新：新一代封裝如何實(shí)現高效散熱

但是，新一代封裝的對手是什么？SOT23是各行各業(yè)最常用的晶體管和二極管表面貼裝封裝之一，這種引線(xiàn)式封裝將裸片連接到引線(xiàn)框架上，通常直接連接到源極，而焊線(xiàn)則連接到柵極和漏極引線(xiàn)上。而顧名思義，DFN（分立扁平無(wú)引線(xiàn)）結構不含引線(xiàn)，其底部采用雙排接線(xiàn)端子，間距很近，可以縮短焊線(xiàn)， 

從而降低封裝電感、無(wú)裸片封裝電阻(DFPR)和熱阻，提高電氣性能。在現有的SOT23中，內部產(chǎn)生的熱量必須通過(guò)裸片粘接層到達引線(xiàn)框架，并沿著(zhù)源引線(xiàn)到達襯底，相比之下，更先進(jìn)的DFN可將熱量從芯片直接向下傳導至封裝底部的源極焊盤(pán)，更短的路徑可確保更高效的散熱。

SOT23和DFN封裝的內部視圖和散熱路徑

功率二極管在開(kāi)關(guān)轉換過(guò)程中會(huì )通過(guò)大量電流，因此功率電路的設計人員希望改善其散熱性能。SMx封裝多年來(lái)一直是設計人員的首選，現在正逐漸讓位于銅夾片(CFP)等新型封裝。與類(lèi)似額定值的SMx相比，CFP封裝可節省38-75%的PCB面積，同時(shí)具有同等或更優(yōu)的功率處理能力。以W/cm2為單位，散熱能力大幅提升。

CFP封裝性能的提高主要歸功于我們的銅夾片技術(shù)，該技術(shù)可替代傳統的焊線(xiàn)技術(shù)。20多年前，我們首次推出無(wú)損封裝LFPAK并將這一技術(shù)推向市場(chǎng)，這一重大創(chuàng )新令經(jīng)驗豐富的電路設計人員難以置信，他們驚訝于這一小型封裝所具備的強大的功率處理能力，而這一技術(shù)的關(guān)鍵在于可增強芯片頂部和底部散熱效果的銅夾片。與普通的焊線(xiàn)連接相比，頂部連接的表面積更大，從芯片到PCB的散熱路徑更短，而夾片的大橫截面面積可確保熱量有效傳導至封裝底部和襯底。

銅夾片封裝(CFP)內視圖

小體積，大改進(jìn)：CFP和DFN更具性?xún)r(jià)比

目前，汽車(chē)應用領(lǐng)域普遍要求節省空間、高熱效率的封裝，包括LED照明系統、牽引逆變器、電池管理系統(BMS)和大功率車(chē)載充電器(OBC)。DFN將成為小信號二極管和晶體管的首選方案，未來(lái)，CFP也將成為功率二極管的最佳封裝方式。這種轉變正在發(fā)生，我們已經(jīng)開(kāi)始投資提高生產(chǎn)能力。

我們迫切需要新的封裝類(lèi)型?，F代汽車(chē)的計算能力不斷提高，也需要引腳數較多的MCU，因此多層PCB是正確布線(xiàn)的先決條件。這些PCB的成本較高，因此需要使用具有相同電氣性能的較小尺寸封裝。即使小型封裝解決方案可能會(huì )提高零件成本，但系統成本的降低將證明采用CFP和DFN封裝是明智之選。

不過(guò)，在許多情況下，小型封裝本身就能減少零件成本。生產(chǎn)線(xiàn)已證明此類(lèi)封裝更具成本效益，因為封裝成本與封裝尺寸成反比。我們看到，CFP封裝在生產(chǎn)成本方面優(yōu)于SMx、DPAK、TOx等傳統封裝方式，我們預測DFN封裝也是如此。

現代汽車(chē)和工業(yè)應用不斷增長(cháng)的需求推動(dòng)零部件市場(chǎng)的發(fā)展，并對價(jià)格和供應產(chǎn)生了影響。需求將超過(guò)SMA、SMB、SMC等“傳統”封裝的供應和可用性，這將迫使設計人員采用性能更優(yōu)的替代方案，以適應未來(lái)產(chǎn)品的需求。

總結

如今，電子產(chǎn)品市場(chǎng)呼喚更小、更強大、更可靠的汽車(chē)ECU，好在最新的高效封裝技術(shù)使這一切成為可能，大大減少了功率晶體管和功率二極管的尺寸，同時(shí)促進(jìn)了散熱。
Nexperia將繼續大力投資擴大產(chǎn)能，以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的市場(chǎng)需求，特別是汽車(chē)和工業(yè)應用領(lǐng)域對CFP和DFN封裝產(chǎn)品的需求。通過(guò)將多種版本的器件推向市場(chǎng)，我們強調了擴大產(chǎn)能、加快向體積更小和優(yōu)化熱性能封裝過(guò)渡的承諾。