基于功率MOSFET设计考量

文章摘要： 图2：a）传统沟道栅极功率MOSFET；b）沟道底部氧化层加厚的沟道MOSFET；c）增添屏蔽电极的沟道MOSFET。www.88dzw.com如今，飞兆半导体公司已将上述屏蔽器件的结构发展到新的精细水平。特定阻抗，或者说单位面积阻抗，已较上一代产品大幅降低，同时提高了业已出色的开关性能。过去的数代器件，例如飞兆半导体的领先产品SyncFET，也需要在低侧同步整流器集成一个肖特基二极管，以降低MOSFET体二极管的死区时间(dead-time)传导损耗，并控制体二极管反向恢复时产生的电压瞬变。为了省去成本相对高昂的肖特基二极管，最新一代的产品采用二极管正向注入，以求最大限度地减小漏极屏蔽容抗

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图2：a）传统沟道栅极功率MOSFET；b）沟道底部氧化层加厚的沟道MOSFET；c）增添屏蔽电极的沟道MOSFET。

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如今，飞兆半导体公司已将上述屏蔽器件的结构发展到新的精细水平。特定阻抗，或者说单位面积阻抗，已较上一代产品大幅降低，同时提高了业已出色的开关性能。过去的数代器件，例如飞兆半导体的领先产品SyncFET，也需要在低侧同步整流器集成一个肖特基二极管，以降低MOSFET体二极管的死区时间(dead-time)传导损耗，并控制体二极管反向恢复时产生的电压瞬变。为了省去成本相对高昂的肖特基二极管，最新一代的产品采用二极管正向注入，以求最大限度地减小漏极屏蔽容抗，以及降低屏蔽阻抗等专业技术，力争抑制那些不利的电压瞬变行为，如漏极电压过冲(over-shoot)。

如图3a和3b所示，新产品的电压过冲和振荡甚至大大低于采用集成肖特基部件的器件。SyncFET漏极电压振荡经过阻尼抑制，使该类应用中常见的EMI噪声大大减少。该解决方案具有极其安静的开关特性，可以完全省去用来消除振荡的外部缓冲电路。

 

图3：飞兆半导体器件的安静开关行为(a)与传统沟道产品开关行为(b)的比较

由于器件技术不断演进，新产品也开始百花齐放。这些产品通过降低MOSFET开关的功耗来提高性能及电压转换器的最大输出电流。目前，SyncFET通常使用三个毫欧级部件，使多相转换器的每级输出电流都达到30A以上。鉴于过去数代产品的部件之间存在封装互连阻抗，而这种互连阻抗与当今PowerTrench产品的整体阻抗相接近，相比之下，这是一项卓越的成就。封装互连阻抗降低了八倍，使过去10年来针对半导体阻抗取得四倍的改进，结果使转换器输出电流增加了一倍。新产品在未来可达到的进展还包括提高工作频率，使到滤波电感和电容更小，进而减少所用的电路板空间。

包含封装的控制器和(或)驱动电路以及功率开关的多芯片模块正在打进诸如游戏机和便携电脑之类的消费电子产品市场。这些新型部件的优势包括减少电路板的寄生电感因素、避免了分立元件方案所产生的电压瞬变，以及从转换器剥夺功率的固有弱点，从而延长电池寿命，降低工作温度，减低辐射噪声或EMI，并减小电路板尺寸。

封装和MOSFET器件技术的进步，大多来自于日益增多的仿真技术的使用，让工程师能够开发创新的解决方案。本文所述的半导体技术发展就依赖于器件的有限元模拟分析和应用的模拟分析，从而对半导体 、封装、栅极驱动电路和电路板寄生因素间的相互影响有更深入的了解。仿真技术还能让人们深入了解器件参数变化的工艺环节，找到最大限度消除这些变化的解决方案。

结论

要开发针对高级电源的先进功率器件并取得市场佳绩，必须考虑和顺应不断演进的应用需求。这需要针对应用中的所有元件进行大量的优化工作，包括功率器件的半导体芯片、封装、电路板布局，以及转换器的工作频率。飞兆半导体公司认识到这一挑战，并使用新的设计原则来开发功率MOSFET。飞兆半导体在电源设计方面拥有的专业优势，使其PowerTrench产品功能在业界稳占领先地位。

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