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最适合汽车电源IC发展的技术要求

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文章出处:骊微电子责任编辑:admin人气:-发表时间:2015-06-05 14:34
             近年来,汽车的电子化发展迅速。围绕汽车的“高科技”电子设备的搭载越来越多,与传统的机械控制占比较大的时代相比,电子控制、电动设备所占比例变得非常大。
 
            1.汽车电子化进程对电源IC的要求
 
   【ROHM半导体(上海)有限公司 12月1日上海讯】近年来,汽车的电子化发展迅速。围绕汽车的“高科技”电子设备的搭载越来越多,与传统的机械控制占比较大的时代相比,电子控制、电动设备所占比例变得非常大。预计汽车的电子化需求在未来也将依然强劲。
 
      汽车电子化的主要原因有3大关键词
 
     第一个关键词是“环保”(eco)。这在HV(混合动力汽车)、EV(电动汽车)向普通车辆的普及过程中作用显著。另外,各汽车制造商之间的低油耗化竞争也日益激化。这些突破是由复杂且周密的电子化控制来实现的,当然随着HV、EV的普及和油耗性能的提升,所搭载的电子设备还会继续增加。
 
     第二个关键词是“信息与舒适”(comfort)。除作为出行工具之外,汽车更多被视为日用品,其智能化也在不断发展,例如可以下载并欣赏喜欢的音乐,在路上即可轻松获得目的地的信息等。而为了实现这些功能,需要众多通信相关的电子元器件。另外,与提高舒适性相关的电子化也在不断发展,无需钥匙即可开关车门和启动引擎的智能钥匙在普通车辆中已基本普及等,使车内越来越成为更舒适的空间。
 
    最后一个关键词是汽车不可欠缺的“安全”(satefy)。多年以来,汽车的安全性多采取强化车架钢性、撞击时的缓震以及对驾乘人员启用安全气囊等的危险发生“事后”的对策。但是,近年来随着电子设备性能的提升,已经开始聚焦危险发生“前”的对策。通过提高车载摄像头和车载传感器的精度与动作可靠性,如今实现汽车行驶安全的电子设备已经被确立为一个重要的领域,预计今后各种功能的安全设备将会相继开发并投入市场。
 
   汽车用电源IC几乎可用于任何电子设备,为实现这3大关键词,对“低静态电流”(待机电流低)、“低电压工作”、“小型化、大电流”等性能的要求越来越高 ROHM利用独有的电路设计,成功降低了静态电流,为汽车的低功耗化做出巨大贡献。例如,ROHM将实现了业界最高级别的6μA低静态电流的车载LDO系列“BD7xxL2EFJ-C / BD7xxL5FP-C”和实现了仅为ROHM以往产品1/100的22μA低静态电流的DC/DC转换器IC“BD99010 EFV-M / BD 99011EFV-M”投入量产,并获得客户高度好评。
 
  2.高效化及其课题
 
  刚刚提到伴随着HV、EV的普及和油耗性能的提升,所搭载的电子设备还会继续增加。这就使得电子元器件的高效化对油耗性能提升影响越来越大。
 
  其中,电源IC由于连接于输出端的所有电子元器件的消耗电流均会从中流过,而被定位为要求更高效率的电子元器件。
 
  为满足这种高效化需求,对电源IC进行脉冲控制(PWM:Pulse Width Modulation和PFM:Pulse Frequency Modulation等)已成为必然趋势,但这种控制方式又会对周围元件产生噪音干扰车载用电子元器件因噪音干扰而误动作,可能涉及到人身生命安全,因此,为使电子元器件在任何时候均可正常工作,产品必须符合CISPR25(发射干扰:产生干扰侧的标准)和ISO11452(抗干扰:受到干扰影响侧的标准)等电磁兼容相关的各种标准。
 
  因此,对车载用产品来说,不妨碍其他设备(发射干扰)、以及受到其他设备妨碍时能保持本来的性能(抗干扰)是非常重要的。
 
  EMC(Electromagnetic Compatibility)从EMI(发射干扰)和EMS(抗干扰度)两种性能兼备的必要性角度被称为“电磁兼容性”。
 
  3.工艺的发展及其课题
 
  工艺的微细化曾遵从摩尔定律迅速发展,但如今已不见以往的显著发展态势。
 
  像电源IC这样的产品,耗电量较大的电源IC其功率损耗也大。其损耗成为热量,从IC经由PCB和封装散发到外部在车载等使用时周围温度较高的环境下,到达IC的使用温度上限的容许温差变小,从而必须极力控制其功率损耗导致的温升。因此,需要改善(降低)芯片的散热性能(热阻)。
 
  热阻不仅受封装的材质、引线框架的材质、固定芯片与框架的接合材质影响,受到框架形状和芯片尺寸的影响也很大。
 
  遵循摩尔定律,芯片尺寸越来越小,使热阻变高,即使消耗与以往相同的电量,芯片的温升也会增大。
 
  随着车载控制设备的电子控制/电动化发展,在被称为“平台化”的背景下,电子元器件的商品化也自然而然不断发展。所以,即使热阻增高,降低芯片尺寸也是必然选择。
 
  为解决这些问题,进行控制设备的综合散热设计,使IC与PCB热阻平衡变得越来越重要。
 
  4.车载EMC对策例
 
  如前所述,车载电子元器件必须符合CISPR25(发射干扰:产生干扰侧的标准)和ISO11452(抗干扰:受干扰影响侧的标准)等电磁兼容相关的各种标准。
 
  这些噪音干扰根据传输路径,可分为直接经布线传输的传导噪音和经空气传输的辐射性噪音(图4,5)。输入滤波器作为传导噪音对策非常有效。
 
  以Π型滤波器为做为基本型,针对未满足标准的频段,并联阻抗较低的旁路电容。
 
  下面的应用实例DC/DC转换器IC“BD90640EFJ-C”就是采用以上这种噪音对策应用示例。
 
  对于AM频段噪音,使用Π型滤波器使之衰减;对于CB~FM频段噪音,选用谐振频率在20MHz左右的旁路电容使之衰减,以满足CISPR25-Class5(图6)要求。但是,在90MHz附近有噪音残留,因此,通过再增加谐振频率为100MHz左右的旁路电容,从而使所有频段均满足了Class5的要求。
 
  最后,请注意,由于作为噪音对策所使用的电容的频率特性因电压、温度依存性、尺寸及零部件厂家不同而不同,因此需要在使用前向厂家进行确认。
 
  5.散热对策时的注意事项
 
  如前所述,随着电子元器件向小型化发展,其发热密度变高,因此,不仅确保配套设备整体的正常工作难度增加,而且确保寿命、可靠性也越来越难。
 
  避免产生这些问题的散热设计技术已成为非常重要的因素。
 
  通常,只要知道PCB板贴装时IC的热阻θJA和功耗,或封装顶部中心温度TT热性能参数ΨJT,即可知道IC大致的结点(接合部)温度Tj。如何将该结点温度Tj控制在绝对最大额定值以下是热设计的根本。
 
  此时必须要注意的是电子元器件的热阻的定义。不同的厂家其定义、条件不同,这增加了热设计的难度。虽然有JEDEC(半导体标准协会)制定的JESD51标准系列等,但因各半导体厂家的理解不同,使得条件并未达到1对1的一致性,这是普遍现象。因此,在配套产品设计阶段需要注意。
 
  一般半导体厂家定义的热阻值是根据JESD51-2A(在305mm见方的外罩所包围的无风空间里,将安装了1个IC的PCB板固定的状态)测量的,与配套产品实际的使用环境差异较大。如中图所示,当配套产品使用多个该部件时,在很接近的状态下配置会使每个部件的有效散热面积减少。注意,这就意味着因热阻增加导致各部件的温度上升。
 
  车载领域众多ECU等使用的电源IC,同时也是我们身边的电子设备不可或缺的产品。ROHM利用所擅长的模拟技术,打造出AC/DC转换器IC及DC/DC转换器IC等从一次侧到二次侧适用各种设备的丰富的产品阵容。未来,ROHM还将发力满足前述的各种客户需求的综合应用,进一步完善产品阵容。
 
  【关于ROHM(罗姆)】
 
  ROHM(罗姆)创立于1958年,是全球著名半导体厂商之一。作为知名跨国集团公司,“品质第一”是ROHM的一贯方针。我们始终将产品质量放在第一位。无论遇到多大的困难,都将为国内外用户源源不断地提供大量优质产品,并为文化的进步与提高作出贡献。
 
  历经半个多世纪的发展,ROHM的生产、销售、研发网络遍及世界各地。产品涉及多个领域,其中包括IC、分立元器件、光学元器件、无源元件、模块、半导体应用产品以及医疗器具。在世界电子行业中,ROHM的众多高品质产品得到了市场的许可和赞许,成为系统IC和最新半导体技术方面首屈一指的主导企业。
 
  ROHM十分重视中国市场,已陆续在全国设立多家代表机构,在大连和天津先后开设工厂,并在上海和深圳都设有设计中心和品质保证中心,提供技术和品质支持。
 
  【关于ROHM(罗姆)在中国的业务发展】
 
  作为在中国市场的销售网点,最早于1974年成立了ROHM半导体香港有限公司。随后,在1999年成立了ROHM半导体(上海)有限公司,2003年成立了ROHM半导体贸易(大连)有限公司,2006年成立了ROHM半导体(深圳)有限公司。为了迅速且准确应对不断扩大的中国市场的要求,ROHM在中国构建了与ROHM总部同样的集开发、销售、制造于一体的一条龙体制。作为ROHM的特色,积极开展“密切贴近客户”的销售活动,力求向客户提供周到的服务。继2010年下半年至今增设西安、成都、重庆、武汉、长春等5家内陆地区的分公司以来,目前在全国共设有21处销售网点,其中包括香港、上海、大连、深圳这4家销售公司以及其17家分公司(分公司:北京、天津、青岛、长春、南京、合肥、苏州、杭州、宁波、西安、武汉、东莞、广州、厦门、珠海、成都、重庆)。并且,正在逐步扩大分销网络。
 
  作为技术基地,在上海和深圳设有设计中心和QA中心,提供技术和品质支持。设计中心配备精通各类市场的开发和设计支持人员, 可以从软件到硬件以综合解决方案的形式,针对客户需求进行技术提案。并且,当产品发生不良情况时,QA中心会在24小时以内对申诉做出答复。
 
  作为生产基地,1993年在天津(ROHM半导体(中国)有限公司)和大连(ROHM电子大连有限公司)分别建立了生产工厂。在天津进行二极管、LED、激光二极管、LED显示器、光传感器的生产、在大连进行电源模块、热敏打印头、接触式图像传感头、图片链接模块、LED照明模块、光传感器、LED显示器的生产,作为ROHM的主力生产基地,源源不断地向中国国内外提供高品质产品。
 
  此外,作为社会贡献活动中的一环,ROHM还致力于与国内外众多研究机关和企业加强合作,积极推进产学研联合的研发活动。2006年与清华大学签订了产学联合框架协议,积极地展开关于电子元器件最尖端技术开发的产学联合。2008年,在清华大学内捐资建设“清华ROHM电子工程馆”,并已于2011年4月竣工。2012年,在清华大学设立了“清华-ROHM联合研究中心”,从事“微能量装置、硅发光体、生物传感器、中国数字广播(解调器)”等联合研究项目。除清华大学之外,ROHM还与西安交通大学、电子科技大学、浙江大学和同济大学等高校进行产学合作,不断结出丰硕成果。
 
  ROHM将以长年不断积累起来的技术力量和高品质以及可靠性为基础,通过集开发、生产、销售为一体的扎实的技术支持、客户服务体制,与客户构筑坚实的合作关系,作为扎根中国的企业,为提高客户产品实力、客户业务发展以及中国的节能环保事业做出积极贡献。
 
      电源IC制造商面临封装日益复杂的困扰
 
     随着电源管理要求越来越苛刻,分立电源半导体供应商被迫推出采用无铅或芯片级尺寸的先进封装,使商品元件变成了具有自主知识产权的器件。
 
    由于多数客户不愿只从一家供应商进货,所以供应商希望他们的封装能够尽快被竞争者所采纳。但供应商指出,由于现在涉及到的知识产权问题较多,上述愿望很难实现。
 
    虽然促使供应商采纳标准的动力在于降低开发成本和扩大需求,但手中掌握先进封装的供应商由于担心宝物落于他人之手或者失去市场领导地位,也不愿轻易向其它供应商亮出自己的独有技术。
 
     美国Vishay Siliconix销售副主管Andrea Mirenda表示:“这件事令人左右为难,因为在开发这些解决方案的过程中已经投入了大量的财力和精力,如果能开始共享其中的一些开发成果,当然很好,但共享到何种程度却非常难以把握。客户压力是一个推动共享的因素。”
 
    Mirenda表示,Vishay Siliconix正在与其它供应商就它的部分最新型封装进行讨论,但她拒绝说明双方将如何进行交易。
 
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