東芝新推出為大電流車載設備而生的新型L-TOGL™封裝車載MOSFET

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近年來,隨著汽車電子化的快速發展和電動汽車銷量的持續攀升,車載MOSFET市場增長迅速。在功率半導體技術不斷進步的推動下,車載MOSFET性能持續提升,器件的功率密度和可靠性越來越高,功耗也越來越低,為電動汽車的發展提供了強大動力。

另一個趨勢是,滿足電動汽車車載設備更大功耗的元器件的需求持續增加。而一些新型高散熱封裝的出現,正在為提高板上熱迴圈性能,實現更高效率和功率密度添磚加瓦。

東芝推出的採用新型高散熱封裝的車載40 V N溝道功率MOSFET XPQR3004PB和XPQ1R004PB就是這樣的產品。
                                              
東芝新型L-TOGL封裝車載MOSFET
(作者:東芝半導體,來源:https://toshiba.semicon-storage.com/tw/company/news/news-topics/2023/01/automotive-20230131-1.html)

MOSFET功能特性分析

東芝已出貨的上述兩款新產品是採用新型L-TOGL(大型電晶體輪廓鷗翼式引腳)封裝的車載40 V N溝道功率MOSFET,
除了具有高額定漏極電流和低導通電阻外,還支持大電流和高散熱。
                                   
封裝和內部電路
(作者:東芝半導體,來源:https://toshiba.semicon-storage.com/tw/company/news/news-topics/2023/01/automotive-20230131-1.html)

在器件結構上,上述產品沒有採用焊錫連接的內部接線柱結構,而是引入了銅夾片(Cu clip),實現了源極連接件和外部引腳的一體化。源極引腳採用多針結構,與現有的TO-220SM(W)封裝相比,封裝電阻降低了約70%,從而將XPQR3004PB的漏極額定電流(DC)提高到400A,比當前採用TO-220SM(W)封裝的TKR74F04PB產品高出1.6倍。另外,XPQR3004PB採用厚銅框,使內溝道到外殼熱阻比TKR74F04PB降低了50%。這些特性有利於實現更大的電流,同時降低車載設備的損耗。

東芝新開發的S-TOGL和L-TOGL都是採用銅夾片結構(無接線柱結構)和多引腳結構的封裝。銅連接器結構的發展順應了車載MOSFET的封裝技術趨勢,實現了更大的電流,使性能得以進一步提升。
                       
車載MOSFET封裝技術趨勢
(作者:東芝半導體,來源:https://toshiba.semicon-storage.com/tw/company/news/news-topics/2023/01/automotive-20230131-1.html)



 憑藉新型封裝技術,東芝新產品進一步簡化了散熱設計,同時顯著減少了半導體繼電器和一體化起動發電機變頻器等需要大電流的應用所需的MOSFET數量,進而説明縮小系統尺寸。如果客戶需要並聯多個器件,滿足車載設備對更大工作電流的需求,東芝可按照每卷產品柵極閾值電壓浮動範圍0.4 V對產品進行分組,以支援兩款新品的分組出貨,確保客戶在設計時使用同一組別的產品,從而減少特性偏差。通常,車載設備需要在各種溫度環境下工作,所以表面貼裝的焊點可靠性是一個需要考慮的關鍵因素。新產品採用的鷗翼式引腳恰恰可以降低貼裝應力,提高焊點的可靠性。

MOSFET的主要特性

40 V N溝道功率MOSFET XPQR3004PB和XPQ1R004PB的特性如下:

▪ 產品已通過AEC-Q101認證

▪ 低漏源導通電阻:XPQR3004PB為RDS(on)=0.23 mΩ(典型值)(VGS=10 V);XPQ1R004PB為RDS(on)=0.8 mΩ(典型值)(VGS=10 V)

▪ 低漏電流:IDSS=10 µA(最大值)(VDS=40 V)

▪ 高額定漏極電流:XPQR3004PB為ID=400 A;XPQ1R004PB為ID=200 A

▪ 增強模式:XPQ1R004PB為Vth=2.0~3.0 V(VDS=10 V,ID=0.5 mA);XPQR3004PB為Vth=2.0~3.0 V(VDS=10 V,ID=1.0 mA)

▪ 採用新型鷗翼引腳L-TOGL封裝

 

以下是產品的主要規格:       
主要規格
(作者:東芝半導體,來源:https://toshiba.semicon-storage.com/tw/company/news/news-topics/2023/01/automotive-20230131-1.html)


產品亮點及應用方向

東芝推出的採用新型L-TOGL封裝的車載MOSFET以其高額定漏極電流、低導通電阻和大散熱能力等特點,為大電流車載設備提供了強有力的支援。器件具有很強的通流能力,支援車載設備對更大電流的需求。其應用方向主要包括:車載設備變頻器、半導體繼電器、負載開關、開關穩壓器、電機驅動器、DC-DC轉換器等。

未來,隨著汽車電子化和電動汽車市場的持續發展,這兩款產品有望在車載MOSFET市場中佔據重要地位。東芝也將繼續擴大其採用新型封裝的功率產品線,根據市場需求推出優化功能和功率特性的MOSFET產品,滿足車載應用的多種不同需求,推動汽車系統電氣化向縱深發展。

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參考來源

TOSHIBA: https://toshiba.semicon-storage.com/tw/company/news/news-topics/2023/01/automotive-20230131-1.html