在現(xiàn)代電子產(chǎn)品的"綠化"過程中，許多看似微小的組件發(fā)揮了巨大作用。憑借工藝的改良，每提升1%的效率，便代表著可節(jié)省更多功耗和緩解熱問題。從計(jì)算機(jī)到服務(wù)器甚至基站，電源系統(tǒng)的"綠化"過程正在加速開展。
最近，MOSFET供應(yīng)商飛兆半導(dǎo)體和恩智浦半導(dǎo)體都宣布了在中低壓MOSFET架構(gòu)和工藝上的突破，有效降低了MOSFET的導(dǎo)通阻抗(RDSon)，并進(jìn)一步減小傳導(dǎo)損失。
"對于服務(wù)器或電信設(shè)備電源這類永不關(guān)機(jī)的應(yīng)用來說，效率特別重要。"飛兆半導(dǎo)體資深產(chǎn)品總監(jiān)陳建中表示。飛兆稍早前發(fā)布了采用其專有Shielded Gate技術(shù)的60V MOSFET產(chǎn)品FDMS86500L，在5x6mm的Power56封裝中，實(shí)現(xiàn)了低至2.5mΩ的導(dǎo)通阻抗。
要提高這些電源的效率，關(guān)鍵在于降低導(dǎo)通阻抗，才能降低傳導(dǎo)損失；另一個(gè)關(guān)鍵是降低開關(guān)噪聲。MOSFET的導(dǎo)通阻抗與溫度相關(guān)，當(dāng)溫度愈高導(dǎo)通電阻也愈高，二者互相影響，形成惡性循環(huán)，因此，降低導(dǎo)通阻抗是MOSFET能否推動(dòng)高效率電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。
因此，針對節(jié)能應(yīng)用的新一代MOSFET的挑戰(zhàn)是如何在降低導(dǎo)通損耗的同時(shí)也兼顧其他參數(shù)，包括更低的傳導(dǎo)損失，以及更低的熱耗散。另外，由于開關(guān)噪聲更低，因此采用Shielded Gate技術(shù)也能有效降低的Qgd(或Cgd)。
"概念上，只要將電壓電流交會(huì)時(shí)間縮短，開關(guān)噪聲便可降低。"陳建中表示。Shielded Gate技術(shù)與傳統(tǒng)溝道技術(shù)目比平均可降低50%的交會(huì)時(shí)間，因而實(shí)現(xiàn)了更低的開關(guān)噪聲，甚至可比傳統(tǒng)技術(shù)減少50%以上。
飛兆的中低壓MOSFET主要針對服務(wù)器、電信電源、LED照明、電動(dòng)工具等應(yīng)用。陳建中指出，在這些應(yīng)用中，有幾項(xiàng)對性能和效率要求非常高，如服務(wù)器或基站電源這類從不關(guān)斷的應(yīng)用，對散熱、效率和可靠性要求很高，因此，這些市場對節(jié)能的要求便特別嚴(yán)格。除了節(jié)能及環(huán)保，這類應(yīng)用也需要省電費(fèi)，因此電源設(shè)計(jì)的效率必須提升。
例如一個(gè)服務(wù)器機(jī)柜大約包含四個(gè)電源，每個(gè)電源為2kWh，等于一個(gè)服務(wù)器機(jī)柜包含8kWh的電源，以今年全球服務(wù)器數(shù)量預(yù)計(jì)達(dá)870萬部來計(jì)算，所耗費(fèi)的功率和電費(fèi)十分驚人。
而FDMS86500L在服務(wù)器機(jī)柜應(yīng)用中大約可提高1%的效率，換算起來每個(gè)電源供應(yīng)器每小時(shí)大約可節(jié)省20W的功率，也就是說，每個(gè)服務(wù)器機(jī)柜每年可節(jié)省700,800W功率。平均每部服務(wù)器機(jī)柜每年可節(jié)省105美元電費(fèi)，以100萬部服務(wù)器機(jī)柜計(jì)算，每年可節(jié)省的電費(fèi)便可達(dá)114,318,000美元。
然而，除了服務(wù)器和電信設(shè)備，電子產(chǎn)業(yè)還有更多的創(chuàng)新應(yīng)用，都需要節(jié)能的電源設(shè)計(jì)。"未來，有幾個(gè)趨勢會(huì)對電子產(chǎn)業(yè)中的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來影響，包括醫(yī)療保健應(yīng)用、安全控制、移動(dòng)設(shè)備互連，以及節(jié)能設(shè)備。"NXP標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品事業(yè)部全球營銷副總裁Simon McLean說。
特別是節(jié)能設(shè)備，McLean強(qiáng)調(diào)，未來的“綠色”觀念除了強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的可回收特性外，也必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中加入讓產(chǎn)品耗電量減少的概念，以達(dá)到真正節(jié)能的目標(biāo)。
NXP是憑借著過去在汽車領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，將其NextPower系列Power MOSFET產(chǎn)品導(dǎo)入運(yùn)算、消費(fèi)及嵌入式市場。希望透過汽車業(yè)極端強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性和效能的特性，拓展其NextPower的市場。
"封裝是我們產(chǎn)品的一大特色。"McLean說，"NXP的LFPAK采用了銅線夾裝，而非一般導(dǎo)線。這種封裝與業(yè)界許多其他的同類產(chǎn)品占板面積相同，讓客戶有更大的選擇彈性，但在焊接、壓力方面的性能都優(yōu)于其他傳統(tǒng)封裝技術(shù)。"
LFPAK的銅線是外露的，并不放置在封裝中。而一般PowerSO8的銅線位于封裝內(nèi)部，但據(jù)NXP表示，這種設(shè)計(jì)會(huì)讓銅線容易因?yàn)镻CB的熱或機(jī)械壓力等因素而出現(xiàn)損壞。相較之下，LFPAK比較不容易有這類問題。
NXP表示，客戶通常會(huì)為了價(jià)格和供貨穩(wěn)定度等因素而選擇多個(gè)供貨來源，因此，確保封裝的兼容性讓LFPAK更具競爭力。其產(chǎn)品線采用的Power-SO8/LFPAK封裝面積能與業(yè)界許多同類產(chǎn)品兼容，包括英飛凌的SuperSO8、飛兆的Power 56、Vishay的PowerPak SO8、NEC的HVSON-8、意法的PowerFlat 6x5，以及瑞薩LFPAK等。
NextPower是以NXP的Trench 6溝槽式技術(shù)為基礎(chǔ)。不過，它還使用了另一種Superjunction技術(shù)，以制造出更深的溝槽。這可讓組件的導(dǎo)通電阻更低，但開關(guān)頻率更快。"通常，要降低導(dǎo)通電阻，都必須以犧牲其他參數(shù)為代價(jià)，而NextPower則是盡量讓每個(gè)參數(shù)都維持在較佳狀態(tài)。"McLean表示。
一般來說，當(dāng)導(dǎo)通電阻降低，開關(guān)速度也會(huì)變慢。而"這些MOSFET透過在六種關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到平衡點(diǎn)而提升效能。"McLean表示。這些參數(shù)包括低導(dǎo)通電阻、更低的Qoss、低Miller電荷(Qgd)、安全操作區(qū)域(SOA)、低柵極電荷(Qg)，以及額定接點(diǎn)溫度(Tj(max))。
更低的Qoss有利于減少漏極和源極接腳間損耗，當(dāng)輸出接腳上的電壓變化時(shí)，有利于降低輸出電容(Coss)中的損耗能量。低Qgd有利減少開關(guān)損耗和高頻開關(guān)次數(shù)；更良好的SOA意味著可承受超載和故障條件；低Qg可減少閘極驅(qū)動(dòng)電路中的損耗；而良好的(Tj(max))則讓采用LFPAK封裝的組件可適應(yīng)嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境。
NXP的NextPower部份采用Global Foundries新加坡廠的產(chǎn)能，但比重并不高，大約僅占10%左右。據(jù)表示，NXP與Global Foundries簽署了專屬合約，GlobalFoundries新加坡廠中用于生產(chǎn)NXP組件的設(shè)備是由NXP所購置的，因此無論在任何情況下，NXP都確保具有優(yōu)先使用權(quán)。另外，產(chǎn)品的組裝及測試則在NXP位于菲律賓的自有廠房進(jìn)行。
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