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MOSFET新工艺加快电子产品绿化脚步

  在现代电子产品的“绿化”过程中,许多看似微小的组件发挥了巨大作用。凭借工艺的改良,每提升1%的效率,便代表着可节省更多功耗和缓解热问题。从计算机到服务器甚至基站,电源系统的“绿化”过程正在加速开展。
  
  最近,MOSFET供应商飞兆半导体和恩智浦半导体都宣布了在中低压MOSFET架构和工艺上的突破,有效降低了MOSFET的导通阻抗(RDSon),并进一步减小传导损失。
  
  “对于服务器或电信设备电源这类永不关机的应用来说,效率特别重要。”飞兆半导体资深产品总监陈建中表示。飞兆稍早前发布了采用其专有Shielded Gate技术的60V MOSFET产品FDMS86500L,在5x6mm的Power56封装中,实现了低至2.5mΩ的导通阻抗。
  
  要提高这些电源的效率,关键在于降低导通阻抗,才能降低传导损失;另一个关键是降低开关噪声。MOSFET的导通阻抗与温度相关,当温度愈高导通电阻也愈高,二者互相影响,形成恶性循环,因此,降低导通阻抗是MOSFET能否推动高效率电源设计的关键因素。
  
  因此,针对节能应用的新一代MOSFET的挑战是如何在降低导通损耗的同时也兼顾其他参数,包括更低的传导损失,以及更低的热耗散。另外,由于开关噪声更低,因此采用Shielded Gate技术也能有效降低的Qgd(或Cgd)。
  
  “概念上,只要将电压电流交会时间缩短,开关噪声便可降低。”陈建中表示。Shielded Gate技术与传统沟道技术目比平均可降低50%的交会时间,因而实现了更低的开关噪声,甚至可比传统技术减少50%以上。
  
  飞兆的中低压MOSFET主要针对服务器、电信电源、LED照明、电动工具等应用。陈建中指出,在这些应用中,有几项对性能和效率要求非常高,如服务器或基站电源这类从不关断的应用,对散热、效率和可靠性要求很高,因此,这些市场对节能的要求便特别严格。除了节能及环保,这类应用也需要省电费,因此电源设计的效率必须提升。
  
  例如一个服务器机柜大约包含四个电源,每个电源为2kWh,等于一个服务器机柜包含8kWh的电源,以今年全球服务器数量预计达870万部来计算,所耗费的功率和电费十分惊人。
  
  而FDMS86500L在服务器机柜应用中大约可提高1%的效率,换算起来每个电源供应器每小时大约可节省20W的功率,也就是说,每个服务器机柜每年可节省700,800W功率。平均每部服务器机柜每年可节省105美元电费,以100万部服务器机柜计算,每年可节省的电费便可达114,318,000美元。
  
  然而,除了服务器和电信设备,电子产业还有更多的创新应用,都需要节能的电源设计。“未来,有几个趋势会对电子产业中的半导体设计和应用带来影响,包括医疗保健应用、安全控制、移动设备互连,以及节能设备。”NXP标准产品事业部全球营销副总裁Simon McLean说。
  
  特别是节能设备,McLean强调,未来的“绿色”观念除了强调产品的可回收特性外,也必须在产品设计过程中加入让产品耗电量减少的概念,以达到真正节能的目标。
  
  NXP是凭借着过去在汽车领域的经验,将其NextPower系列Power MOSFET产品导入运算、消费及嵌入式市场。希望透过汽车业极端强调稳定性和效能的特性,拓展其NextPower的市场。
  
  “封装是我们产品的一大特色。”McLean说,“NXP的LFPAK采用了铜线夹装,而非一般导线。这种封装与业界许多其他的同类产品占板面积相同,让客户有更大的选择弹性,但在焊接、压力方面的性能都优于其他传统封装技术。”
  
  LFPAK的铜线是外露的,并不放置在封装中。而一般PowerSO8的铜线位于封装内部,但据NXP表示,这种设计会让铜线容易因为PCB的热或机械压力等因素而出现损坏。相较之下,LFPAK比较不容易有这类问题。
  
  NXP表示,客户通常会为了价格和供货稳定度等因素而选择多个供货来源,因此,确保封装的兼容性让LFPAK更具竞争力。其产品线采用的Power-SO8/LFPAK封装面积能与业界许多同类产品兼容,包括英飞凌的SuperSO8、飞兆的Power 56、Vishay的PowerPak SO8、NEC的HVSON-8、意法的PowerFlat 6x5,以及瑞萨LFPAK等。
  
  NextPower是以NXP的Trench 6沟槽式技术为基础。不过,它还使用了另一种Superjunction技术,以制造出更深的沟槽。这可让组件的导通电阻更低,但开关频率更快。“通常,要降低导通电阻,都必须以牺牲其他参数为代价,而NextPower则是尽量让每个参数都维持在较佳状态。”McLean表示。
  
  一般来说,当导通电阻降低,开关速度也会变慢。而“这些MOSFET透过在六种关键参数达到平衡点而提升效能。”McLean表示。这些参数包括低导通电阻、更低的Qoss、低Miller电荷(Qgd)、安全操作区域(SOA)、低栅极电荷(Qg),以及额定接点温度(Tj(max))。
  
  更低的Qoss有利于减少漏极和源极接脚间损耗,当输出接脚上的电压变化时,有利于降低输出电容(Coss)中的损耗能量。低Qgd有利减少开关损耗和高频开关次数;更良好的SOA意味着可承受超载和故障条件;低Qg可减少闸极驱动电路中的损耗;而良好的(Tj(max))则让采用LFPAK封装的组件可适应严苛的应用环境。
  
  NXP的NextPower部份采用Global Foundries新加坡厂的产能,但比重并不高,大约仅占10%左右。据表示,NXP与Global Foundries签署了专属合约,GlobalFoundries新加坡厂中用于生产NXP组件的设备是由NXP所购置的,因此无论在任何情况下,NXP都确保具有优先使用权。另外,产品的组装及测试则在NXP位于菲律宾的自有厂房进行。 返回上页

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