【導讀】我們知道與大多數(shù)人成長過程中所乘坐的傳統(tǒng)汽車相比，今天的汽車更接近于輪子上的電子產品——盡管我們曾經對其引擎蓋下的內部工作和控制感到驚嘆，但現(xiàn)代汽車已將其變?yōu)閺碗s的計算機。近年來，隨著設計人員尋求減輕重量、提高可靠性、簡化車輛組裝、創(chuàng)造差異化功能以及實施先進的駕駛輔助和自動駕駛系統(tǒng)，我們所看到的持續(xù)不斷的電氣化繼續(xù)延伸到整個車輛，更不用說傳動系統(tǒng)發(fā)生了什么。
我們知道與大多數(shù)人成長過程中所乘坐的傳統(tǒng)汽車相比，今天的汽車更接近于輪子上的電子產品——盡管我們曾經對其引擎蓋下的內部工作和控制感到驚嘆，但現(xiàn)代汽車已將其變?yōu)閺碗s的計算機。近年來，隨著設計人員尋求減輕重量、提高可靠性、簡化車輛組裝、創(chuàng)造差異化功能以及實施先進的駕駛輔助和自動駕駛系統(tǒng)，我們所看到的持續(xù)不斷的電氣化繼續(xù)延伸到整個車輛，更不用說傳動系統(tǒng)發(fā)生了什么。
在這一趨勢之初，當電氣化僅限于某些車輛功能時，基于域的控制方法就顯得非常有意義。然而，隨著軟件數(shù)量的增加和軟件故障風險的增加，對軟件可升級單元的需求變得明顯。各種各樣的 ECU 組合所帶來的復雜性進一步加劇了挑戰(zhàn)，幾乎不可能實施有效的升級。這導致了眾多電子控制單元 (ECU) 的集成，以處理擴展的功能，從而導致某些車輛包含 100 多個此類模塊。盡管空間非常有限，但它們都需要安裝在車輛結構中的某個位置。布線也變得復雜和笨重，與減輕重量和提高可靠性的目標背道而馳。
如今，越來越多的汽車功能被專用ECU所集成，這種分區(qū)架構如今很受歡迎，可減少ECU數(shù)量并簡化布線，這種各種功能集合的ECU架構可以降低成本。然而，與任何工程挑戰(zhàn)一樣，有得必有失，將多種不同功能整合進更少的ECU中可能會使其變得過于龐大、笨重和耗電，我們自然不愿妥協(xié)。
從分布式到現(xiàn)代汽車區(qū)域E/E架構的發(fā)展
車輛基礎設施中的功率半導體 工程師和設計人員已經借鑒電子行業(yè)的傳統(tǒng)方法應對這一挑戰(zhàn)：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，以防止過熱和ECU早期故障。 在其他行業(yè)，設計人員迅速采用先進的電源轉換拓撲結構，利用同步整流和零電壓開關等技術提高效率并減少散熱。然而，在汽車領域，成本、可靠性、耐用性等因素占據(jù)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(jié)省空間，又具有極高的熱效率。在許多代產品中，設計人員一直依賴于SOT23和SMx（SMA、SMB、SMC）等現(xiàn)有的封裝方式，但隨著需求的快速迭代，目前急需散熱能力更強的新型封裝。
底層創(chuàng)新：新一代封裝如何實現(xiàn)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，這種引線式封裝將裸片連接到引線框架上，通常直接連接到源極，而焊線則連接到柵極和漏極引線上。而顧名思義，DFN（分立扁平無引線）結構不含引線，其底部采用雙排接線端子，間距很近，可以縮短焊線， 從而降低封裝電感、無裸片封裝電阻(DFPR)和熱阻，提高電氣性能。在現(xiàn)有的SOT23中，內部產生的熱量必須通過裸片粘接層到達引線框架，并沿著源引線到達襯底，相比之下，更先進的DFN可將熱量從芯片直接向下傳導至封裝底部的源極焊盤，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
功率二極管在開關轉換過程中會通過大量電流，因此功率電路的設計人員希望改善其散熱性能。SMx封裝多年來一直是設計人員的首選，現(xiàn)在正逐漸讓位于銅夾片(CFP)等新型封裝。與類似額定值的SMx相比，CFP封裝可節(jié)省38-75%的PCB面積，同時具有同等或更優(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，該技術可替代傳統(tǒng)的焊線技術。20多年前，我們首次推出無損封裝LFPAK并將這一技術推向市場，這一重大創(chuàng)新令經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，而這一技術的關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：CFP和DFN更具性價比 目前，汽車應用領域普遍要求節(jié)省空間、高熱效率的封裝，包括LED照明系統(tǒng)、牽引逆變器、電池管理系統(tǒng)(BMS)和大功率車載充電器(OBC)。DFN將成為小信號二極管和晶體管的首選方案，未來，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，我們已經開始投資提高生產能力。 我們迫切需要新的封裝類型?，F(xiàn)代汽車的計算能力不斷提高，也需要引腳數(shù)較多的MCU，因此多層PCB是正確布線的先決條件。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提高零件成本，但系統(tǒng)成本的降低將證明采用CFP和DFN封裝是明智之選。 不過，在許多情況下，小型封裝本身就能減少零件成本。生產線已證明此類封裝更具成本效益，因為封裝成本與封裝尺寸成反比。我們看到，CFP封裝在生產成本方面優(yōu)于SMx、DPAK、TOx等傳統(tǒng)封裝方式，我們預測DFN封裝也是如此。 現(xiàn)代汽車和工業(yè)應用不斷增長的需求推動零部件市場的發(fā)展，并對價格和供應產生了影響。需求將超過SMA、SMB、SMC等“傳統(tǒng)”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，以適應未來產品的需求。 總結 如今，電子產品市場呼喚更小、更強大、更可靠的汽車ECU，好在最新的高效封裝技術使這一切成為可能，大大減少了功率晶體管和功率二極管的尺寸，同時促進了散熱。
Nexperia將繼續(xù)大力投資擴大產能，以滿足日益增長的市場需求，特別是汽車和工業(yè)應用領域對CFP和DFN封裝產品的需求。通過將多種版本的器件推向市場，我們強調了擴大產能、加快向體積更小和優(yōu)化熱性能封裝過渡的承諾。
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