功率MOSFET設計考量

如今，飛兆半導體公司已將上述屏蔽器件的結構發(fā)展到新的精細水平。特定阻抗，或者說單位面積阻抗，已較上一代產(chǎn)品大幅降低，同時提高了業(yè)已出色的開關性能。過去的數(shù)代器件，例如飛兆半導體的領先產(chǎn)品SyncFET，也需要在低側(cè)同步整流器集成一個肖特基二極管，以降低MOSFET體二極管的死區(qū)時間(dead-time)傳導損耗，并控制體二極管反向恢復時產(chǎn)生的電壓瞬變。為了省去成本相對高昂的肖特基二極管，最新一代的產(chǎn)品采用二極管正向注入，以求最大限度地減小漏極屏蔽容抗，以及降低屏蔽阻抗等專業(yè)技術，力爭抑制那些不利的電壓瞬變行為，如漏極電壓過沖(over-shoot)。

如圖3a和3b所示，新產(chǎn)品的電壓過沖和振蕩甚至大大低于采用集成肖特基部件的器件。SyncFET漏極電壓振蕩經(jīng)過阻尼抑制，使該類應用中常見的EMI噪聲大大減少。該解決方案具有極其安靜的開關特性，可以完全省去用來消除振蕩的外部緩沖電路。

圖3：飛兆半導體器件的安靜開關行為(a)與傳統(tǒng)溝道產(chǎn)品開關行為(b)的比較

由于器件技術不斷演進，新產(chǎn)品也開始百花齊放。這些產(chǎn)品通過降低MOSFET開關的功耗來提高性能及電壓轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流。目前，SyncFET通常使用三個毫歐級部件，使多相轉(zhuǎn)換器的每級輸出電流都達到30A以上。鑒于過去數(shù)代產(chǎn)品的部件之間存在封裝互連阻抗，而這種互連阻抗與當今PowerTrench產(chǎn)品的整體阻抗相接近，相比之下，這是一項卓越的成就。封裝互連阻抗降低了八倍，使過去10年來針對半導體阻抗取得四倍的改進，結果使轉(zhuǎn)換器輸出電流增加了一倍。新產(chǎn)品在未來可達到的進展還包括提高工作頻率，使到濾波電感和電容更小，進而減少所用的電路板空間。

包含封裝的控制器和(或)驅(qū)動電路以及功率開關的多芯片模塊正在打進諸如游戲機和便攜電腦之類的消費電子產(chǎn)品市場。這些新型部件的優(yōu)勢包括減少電路板的寄生電感因素、避免了分立元件方案所產(chǎn)生的電壓瞬變，以及從轉(zhuǎn)換器剝奪功率的固有弱點，從而延長電池壽命，降低工作溫度，減低輻射噪聲或EMI，并減小電路板尺寸。

封裝和MOSFET器件技術的進步，大多來自于日益增多的仿真技術的使用，讓工程師能夠開發(fā)創(chuàng)新的解決方案。本文所述的半導體技術發(fā)展就依賴于器件的有限元模擬分析和應用的模擬分析，從而對半導體 、封裝、柵極驅(qū)動電路和電路板寄生因素間的相互影響有更深入的了解。仿真技術還能讓人們深入了解器件參數(shù)變化的工藝環(huán)節(jié)，找到最大限度消除這些變化的解決方案。

結論

要開發(fā)針對高級電源的先進功率器件并取得市場佳績，必須考慮和順應不斷演進的應用需求。這需要針對應用中的所有元件進行大量的優(yōu)化工作，包括功率器件的半導體芯片、封裝、電路板布局，以及轉(zhuǎn)換器的工作頻率。飛兆半導體公司認識到這一挑戰(zhàn)，并使用新的設計原則來開發(fā)功率MOSFET。飛兆半導體在電源設計方面擁有的專業(yè)優(yōu)勢，使其PowerTrench產(chǎn)品功能在業(yè)界穩(wěn)占領先地位。