最適合汽車電源IC發展的技術要求

             近年來，汽車的電子化發展迅速。圍繞汽車的“高科技”電子設備的搭載越來越多，與傳統的機械控製占比較大的時代相比，電子控製、電動設備所占比例變得非常大。
 

            1．汽車電子化進程對電源IC的要求

 

　　　【ROHM半導體（上海）有限公司 12月1日上海訊】近年來，汽車的電子化發展迅速。圍繞汽車的“高科技”電子設備的搭載越來越多，與傳統的機械控製占比較大的時代相比，電子控製、電動設備所占比例變得非常大。預計汽車的電子化需求在未來也將依然強勁。

 

　　    汽車電子化的主要原因有3大關鍵詞。

 

　　   第一個關鍵詞是“環保”（eco）。這在HV（混合動力汽車）、EV（電動汽車）向普通車輛的普及過程中作用顯著。另外，各汽車製造商之間的低油耗化競爭也日益激化。這些突破是由複雜且周密的電子化控製來實現的，當然隨著HV、EV的普及和油耗性能的提升，所搭載的電子設備還會繼續增加。

 

　　   第二個關鍵詞是“信息與舒適”（comfort）。除作為出行工具之外，汽車更多被視為日用品，其智能化也在不斷發展，例如可以下載並欣賞喜歡的音樂，在路上即可輕鬆獲得目的地的信息等。而為了實現這些功能，需要眾多通信相關的電子元器件。另外，與提高舒適性相關的電子化也在不斷發展，無需鑰匙即可開關車門和啟動引擎的智能鑰匙在普通車輛中已基本普及等，使車內越來越成為更舒適的空間。

 

　　  最後一個關鍵詞是汽車不可欠缺的“安全”（satefy）。多年以來，汽車的安全性多采取強化車架鋼性、撞擊時的緩震以及對駕乘人員啟用安全氣囊等的危險發生“事後”的對策。但是，近年來隨著電子設備性能的提升，已經開始聚焦危險發生“前”的對策。通過提高車載攝像頭和車載傳感器的精度與動作可靠性，如今實現汽車行駛安全的電子設備已經被確立為一個重要的領域，預計今後各種功能的安全設備將會相繼開發並投入市場。

 

　　 汽車用電源IC幾乎可用於任何電子設備，為實現這3大關鍵詞，對“低靜態電流”（待機電流低）、“低電壓工作”、“小型化、大電流”等性能的要求越來越高　ROHM利用獨有的電路設計，成功降低了靜態電流，為汽車的低功耗化做出巨大貢獻。例如，ROHM將實現了業界最高級別的6μA低靜態電流的車載LDO係列“BD7xxL2EFJ-C / BD7xxL5FP-C”和實現了僅為ROHM以往產品1/100的22μA低靜態電流的DC/DC轉換器IC“BD99010 EFV-M / BD 99011EFV-M”投入量產，並獲得客戶高度好評。

 

　　2．高效化及其課題

 

　　剛剛提到伴隨著HV、EV的普及和油耗性能的提升，所搭載的電子設備還會繼續增加。這就使得電子元器件的高效化對油耗性能提升影響越來越大。

 

　　其中，電源IC由於連接於輸出端的所有電子元器件的消耗電流均會從中流過，而被定位為要求更高效率的電子元器件。

 

　　為滿足這種高效化需求，對電源IC進行脈衝控製（PWM：Pulse Width Modulation和PFM：Pulse Frequency Modulation等）已成為必然趨勢，但這種控製方式又會對周圍元件產生噪音幹擾車載用電子元器件因噪音幹擾而誤動作，可能涉及到人身生命安全，因此，為使電子元器件在任何時候均可正常工作，產品必須符合CISPR25（發射幹擾：產生幹擾側的標準）和ISO11452（抗幹擾：受到幹擾影響側的標準）等電磁兼容相關的各種標準。

 

　　因此，對車載用產品來說，不妨礙其他設備（發射幹擾）、以及受到其他設備妨礙時能保持本來的性能（抗幹擾）是非常重要的。

 

　　EMC（Electromagnetic Compatibility）從EMI（發射幹擾）和EMS（抗幹擾度）兩種性能兼備的必要性角度被稱為“電磁兼容性”。

 

　　3．工藝的發展及其課題

 

　　工藝的微細化曾遵從摩爾定律迅速發展，但如今已不見以往的顯著發展態勢。

 

　　像電源IC這樣的產品，耗電量較大的電源IC其功率損耗也大。其損耗成為熱量，從IC經由PCB和封裝散發到外部在車載等使用時周圍溫度較高的環境下，到達IC的使用溫度上限的容許溫差變小，從而必須極力控製其功率損耗導致的溫升。因此，需要改善（降低）芯片的散熱性能（熱阻）。

 

　　熱阻不僅受封裝的材質、引線框架的材質、固定芯片與框架的接合材質影響，受到框架形狀和芯片尺寸的影響也很大。

 

　　遵循摩爾定律，芯片尺寸越來越小，使熱阻變高，即使消耗與以往相同的電量，芯片的溫升也會增大。

 

　　隨著車載控製設備的電子控製/電動化發展，在被稱為“平台化”的背景下，電子元器件的商品化也自然而然不斷發展。所以，即使熱阻增高，降低芯片尺寸也是必然選擇。

 

　　為解決這些問題，進行控製設備的綜合散熱設計，使IC與PCB熱阻平衡變得越來越重要。

 

　　4．車載EMC對策例

 

　　如前所述，車載電子元器件必須符合CISPR25（發射幹擾：產生幹擾側的標準）和ISO11452（抗幹擾：受幹擾影響側的標準）等電磁兼容相關的各種標準。

 

　　這些噪音幹擾根據傳輸路徑，可分為直接經布線傳輸的傳導噪音和經空氣傳輸的輻射性噪音（圖4，5）。輸入濾波器作為傳導噪音對策非常有效。

 

　　以Π型濾波器為做為基本型，針對未滿足標準的頻段，並聯阻抗較低的旁路電容。

 

　　下麵的應用實例DC/DC轉換器IC“BD90640EFJ-C”就是采用以上這種噪音對策應用示例。

 

　　對於AM頻段噪音，使用Π型濾波器使之衰減；對於CB～FM頻段噪音，選用諧振頻率在20MHz左右的旁路電容使之衰減，以滿足CISPR25-Class5（圖6）要求。但是，在90MHz附近有噪音殘留，因此，通過再增加諧振頻率為100MHz左右的旁路電容，從而使所有頻段均滿足了Class5的要求。

 

　　最後，請注意，由於作為噪音對策所使用的電容的頻率特性因電壓、溫度依存性、尺寸及零部件廠家不同而不同，因此需要在使用前向廠家進行確認。

 

　　5．散熱對策時的注意事項

 

　　如前所述，隨著電子元器件向小型化發展，其發熱密度變高，因此，不僅確保配套設備整體的正常工作難度增加，而且確保壽命、可靠性也越來越難。

 

　　避免產生這些問題的散熱設計技術已成為非常重要的因素。

 

　　通常，隻要知道PCB板貼裝時IC的熱阻θＪＡ和功耗，或封裝頂部中心溫度TT熱性能參數ΨＪT，即可知道IC大致的結點（接合部）溫度Tｊ。如何將該結點溫度Tｊ控製在絕對最大額定值以下是熱設計的根本。

 

　　此時必須要注意的是電子元器件的熱阻的定義。不同的廠家其定義、條件不同，這增加了熱設計的難度。雖然有JEDEC（半導體標準協會）製定的JESD51標準係列等，但因各半導體廠家的理解不同，使得條件並未達到1對1的一致性，這是普遍現象。因此，在配套產品設計階段需要注意。

 

　　一般半導體廠家定義的熱阻值是根據JESD51-2A（在305mm見方的外罩所包圍的無風空間裏，將安裝了1個IC的PCB板固定的狀態）測量的，與配套產品實際的使用環境差異較大。如中圖所示，當配套產品使用多個該部件時，在很接近的狀態下配置會使每個部件的有效散熱麵積減少。注意，這就意味著因熱阻增加導致各部件的溫度上升。

 

　　車載領域眾多ECU等使用的電源IC，同時也是黄瓜AVAPP身邊的電子設備不可或缺的產品。ROHM利用所擅長的模擬技術，打造出AC/DC轉換器IC及DC/DC轉換器IC等從一次側到二次側適用各種設備的豐富的產品陣容。未來，ROHM還將發力滿足前述的各種客戶需求的綜合應用，進一步完善產品陣容。

 

　　【關於ROHM（羅姆）】

 

　　ROHM（羅姆）創立於1958年，是全球著名半導體廠商之一。作為知名跨國集團公司，“品質第一”是ROHM的一貫方針。黄瓜AVAPP始終將產品質量放在第一位。無論遇到多大的困難，都將為國內外用戶源源不斷地提供大量優質產品，並為文化的進步與提高作出貢獻。

 

　　曆經半個多世紀的發展，ROHM的生產、銷售、研發網絡遍及世界各地。產品涉及多個領域，其中包括IC、分立元器件、光學元器件、無源元件、模塊、半導體應用產品以及醫療器具。在世界電子行業中，ROHM的眾多高品質產品得到了市場的許可和讚許，成為係統IC和最新半導體技術方麵首屈一指的主導企業。

 

　　ROHM十分重視中國市場，已陸續在全國設立多家代表機構，在大連和天津先後開設工廠，並在上海和深圳都設有設計中心和品質保證中心，提供技術和品質支持。

 

　　【關於ROHM（羅姆）在中國的業務發展】

 

　　作為在中國市場的銷售網點，最早於1974年成立了ROHM半導體香港有限公司。隨後，在1999年成立了ROHM半導體（上海）有限公司，2003年成立了ROHM半導體貿易（大連）有限公司，2006年成立了ROHM半導體（深圳）有限公司。為了迅速且準確應對不斷擴大的中國市場的要求，ROHM在中國構建了與ROHM總部同樣的集開發、銷售、製造於一體的一條龍體製。作為ROHM的特色，積極開展“密切貼近客戶”的銷售活動，力求向客戶提供周到的服務。繼2010年下半年至今增設西安、成都、重慶、武漢、長春等5家內陸地區的分公司以來，目前在全國共設有21處銷售網點，其中包括香港、上海、大連、深圳這4家銷售公司以及其17家分公司（分公司：北京、天津、青島、長春、南京、合肥、蘇州、杭州、寧波、西安、武漢、東莞、廣州、廈門、珠海、成都、重慶）。並且，正在逐步擴大分銷網絡。

 

　　作為技術基地，在上海和深圳設有設計中心和QA中心，提供技術和品質支持。設計中心配備精通各類市場的開發和設計支持人員， 可以從軟件到硬件以綜合解決方案的形式，針對客戶需求進行技術提案。並且，當產品發生不良情況時，QA中心會在24小時以內對申訴做出答複。

 

　　作為生產基地，1993年在天津（ROHM半導體（中國）有限公司）和大連（ROHM電子大連有限公司）分別建立了生產工廠。在天津進行黄瓜视频污污、LED、激光黄瓜视频污污、LED顯示器、光傳感器的生產、在大連進行電源模塊、熱敏打印頭、接觸式圖像傳感頭、圖片鏈接模塊、LED照明模塊、光傳感器、LED顯示器的生產，作為ROHM的主力生產基地，源源不斷地向中國國內外提供高品質產品。

 

　　此外，作為社會貢獻活動中的一環，ROHM還致力於與國內外眾多研究機關和企業加強合作，積極推進產學研聯合的研發活動。2006年與清華大學簽訂了產學聯合框架協議，積極地展開關於電子元器件最尖端技術開發的產學聯合。2008年，在清華大學內捐資建設“清華ROHM電子工程館”，並已於2011年4月竣工。2012年，在清華大學設立了“清華-ROHM聯合研究中心”，從事“微能量裝置、矽發光體、生物傳感器、中國數字廣播（解調器）”等聯合研究項目。除清華大學之外，ROHM還與西安交通大學、電子科技大學、浙江大學和同濟大學等高校進行產學合作，不斷結出豐碩成果。

 

　　ROHM將以長年不斷積累起來的技術力量和高品質以及可靠性為基礎，通過集開發、生產、銷售為一體的紮實的技術支持、客戶服務體製，與客戶構築堅實的合作關係，作為紮根中國的企業，為提高客戶產品實力、客戶業務發展以及中國的節能環保事業做出積極貢獻。

 

      電源IC製造商麵臨封裝日益複雜的困擾
 

     隨著電源管理要求越來越苛刻，分立電源半導體供應商被迫推出采用無鉛或芯片級尺寸的先進封裝，使商品元件變成了具有自主知識產權的器件。

 

    由於多數客戶不願隻從一家供應商進貨，所以供應商希望他們的封裝能夠盡快被競爭者所采納。但供應商指出，由於現在涉及到的知識產權問題較多，上述願望很難實現。

 

    雖然促使供應商采納標準的動力在於降低開發成本和擴大需求，但手中掌握先進封裝的供應商由於擔心寶物落於他人之手或者失去市場領導地位，也不願輕易向其它供應商亮出自己的獨有技術。

 

     美國Vishay Siliconix銷售副主管Andrea Mirenda表示：“這件事令人左右為難，因為在開發這些解決方案的過程中已經投入了大量的財力和精力，如果能開始共享其中的一些開發成果，當然很好，但共享到何種程度卻非常難以把握。客戶壓力是一個推動共享的因素。”

 

    Mirenda表示，Vishay Siliconix正在與其它供應商就它的部分最新型封裝進行討論，但她拒絕說明雙方將如何進行交易。