汽車(chē)電子設(shè)備往往需要長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下運(yùn)行，而且在負(fù)荷清除的短時(shí)間內(nèi)，其結(jié)區(qū)溫度還可能超過(guò)200oC。現(xiàn)代化的封裝設(shè)計(jì)可將裝封尺寸縮減至小，這乃歸功于RDS(ON) 能降低一般的工作溫度，這些封裝并能改善熱阻，進(jìn)一步將結(jié)區(qū)溫度降低。 　　

    與所有電子器件一樣，汽車(chē)電子器件也朝著小型化發(fā)展。將控制電路集成于功率器件中雖可減小封裝尺寸，但卻會(huì)給本來(lái)已經(jīng)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)性的封裝任務(wù)增加復(fù)雜性。封裝不僅需要為裸片提供良好的散熱性能，同時(shí)還要將控制裸片與功率芯片產(chǎn)生的高壓和強(qiáng)電流隔離開(kāi)來(lái)。器件的小型化發(fā)展會(huì)因散熱面積的減小而使熱管理變得更加困難，即使器件功率維持不變亦然，更遑論功率進(jìn)一步提高。 　

    　除了熱密度增加外，電子器件正用于車(chē)內(nèi)各個(gè)高溫位置，范圍包括從變速箱內(nèi)的200oC，到火花塞周?chē)?65oC、引擎艙內(nèi)的150oC，以至相對(duì)溫度較溫和的乘座車(chē)廂內(nèi)，溫度為80oC。據(jù)估算，一輛汽車(chē)在其壽命期內(nèi)的冷啟動(dòng)次數(shù)達(dá)6,000次；其中，引擎艙內(nèi)的溫度將由40oC循環(huán)至150oC。因此，保護(hù)半導(dǎo)體芯片免受極端的環(huán)境和相關(guān)應(yīng)力的影響是封裝的重要功能之一。 　　

    面對(duì)電路小型化和更高溫度承受力的追求，人們必須了解功率半導(dǎo)體器件的熱極限和熱管理，只有這樣才能確保所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能繼續(xù)滿(mǎn)足汽車(chē)市場(chǎng)所要求的可靠性。封裝已發(fā)展成為不僅僅是裝載芯片的元件和芯片板卡的接口，而是功能強(qiáng)大的解決方案。 　　

    溫度對(duì)半導(dǎo)體芯片的影響 　　

    溫度的增加會(huì)對(duì)功率器件的性能帶來(lái)負(fù)面影響。對(duì)于MOSFET： 　
    * RDS(on)隨溫度上升而增加，造成更多熱消耗； 　
    * BVdss (擊穿電壓) 隨溫度上升而增加； 　
    * 漏電流隨溫度上升而大幅遞增； 　
    * 閾值電壓隨溫度上升而下降，使到柵極在高溫情況下難以關(guān)斷。 　　

    對(duì)PIN二極管： 　
    * 正向壓降隨溫度上升而下降； 　
    * 反向恢復(fù)電荷和恢復(fù)時(shí)間隨溫度上升而增加； 　　

    對(duì)例如用于點(diǎn)火系統(tǒng)的擊穿IGBT： 　
    * VCE(sat) 隨溫度上升而下降； 　
    * 閾值電壓隨溫度上升而下降； 　
    * 在電感性負(fù)載下的開(kāi)關(guān)時(shí)間隨溫度上升而增加； 　
    * 漏電流隨溫度上升而大幅遞增； 　
    * BVdss (擊穿電壓) 隨溫度上升而增加。 　　

    從功率器件的角度來(lái)看，結(jié)區(qū)溫度Tj是關(guān)鍵的因素。大多數(shù)故障都是由于結(jié)區(qū)溫度過(guò)高所致。這一點(diǎn)可從方程 (1) 總結(jié)出來(lái)。 Equation 1:?T= Rth {(Von x Ion)+ ( ∫ V(t) x I(t) dt) f} 　　

    這里，?T是在某距離散熱體超出安全溫度的程度。對(duì)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，這個(gè)散熱體是吸入的空氣，其安全溫度的典型值為122oF (50oC) (取自Phoenix AZ)。但吸入的空氣要經(jīng)過(guò)散熱器用來(lái)冷卻引擎。通常，電子模塊遇到的散熱體會(huì)熱得多。對(duì)大多數(shù)現(xiàn)代動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的功率器件來(lái)說(shuō)，環(huán)境散熱體是105oC的熱空氣，通過(guò)模塊散熱器進(jìn)行散熱。表1和2給出了典型的汽車(chē)工作條件。板卡溫度通常高達(dá)135oC。 　　

    在開(kāi)態(tài)電阻率上有了大幅的改進(jìn)。半導(dǎo)體裸片的尺寸對(duì)于方程 (1) 的 (Von x Ion) 和 Rth舉足輕重。這種改進(jìn)能使較小尺寸的裸片擁有與傳統(tǒng)較大型MOSFET相同的開(kāi)態(tài)電阻率。但是，較小型的 MOSFET會(huì)增加熱阻。采用溝道結(jié)構(gòu)及對(duì)該技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)后，開(kāi)態(tài)電阻性能有了顯著改善 (見(jiàn)圖1)。可以看到功率密度在過(guò)去10年中幾乎提高了一個(gè)量級(jí)。不幸的是，在引擎控制單元 (ECU) 中的功率器件接口的熱性能卻未能跟上。事實(shí)上，隨著表面貼裝器件的需求增加，現(xiàn)代ECU的功率器件已不再與散熱片直接連接。以前，采用TO-220封裝的功率MOSFET會(huì)與散熱片連接。現(xiàn)在，散熱大多是通過(guò)DPAK直接焊接在PCB上實(shí)現(xiàn)，并利用連接孔至隔離端面的焊盤(pán)與散熱片相連。 　　

    智能功率器件 　　

    智能功率器件需要同時(shí)處理功率和數(shù)據(jù)。多數(shù)情況下，采用特為信號(hào)處理而優(yōu)化的芯片工藝執(zhí)行器件的智能功能，并利用另一個(gè)完全不同的芯片來(lái)處理器件功率，比較具備成本效益。工藝的分開(kāi)處理導(dǎo)致這些芯片必須重新集成到一個(gè)封裝中，并能提供功率裸片與信號(hào)處理裸片之間及與外部電路之間的互連。這種封裝應(yīng)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率處理、裸片互連、功率和信號(hào)連接，以及可能需要的裸片基底隔離，連同實(shí)體支撐和環(huán)境保護(hù)等功能。從功率結(jié)區(qū)到封裝外殼的熱阻抗要低，以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率器件的冷卻。熱阻的影響將體現(xiàn)在方程(1)的“Rth”阻值上。將功率裸片附著的金屬引線框向封裝件表面延伸，可以有助于降低熱阻。為降低功率器件底部的熱阻抗和電阻抗，需要用采用焊膏裸片附著。采用不導(dǎo)電的環(huán)氧或聚酰亞胺材料能將控制裸片從功率開(kāi)關(guān)裸片背后的潛在電勢(shì)中隔離出來(lái)。 　　

    質(zhì)量要求 　　

    汽車(chē)產(chǎn)品一般要求符合AEC針對(duì)集成電路制定的Q100規(guī)范或針對(duì)分立器件制定的Q101規(guī)范要求。其中的測(cè)試包括：工作壽命、溫度/濕度/偏壓測(cè)試如HAST或H3TRB、功率循環(huán)、溫度循環(huán)和高溫反向偏壓 (HTRB)。除了可靠性應(yīng)力外，封裝材料的特性還應(yīng)在性能方面取得平衡。這些特性包括塑模化合物電離特性、Tg、吸潮，以及室溫下和升溫后的形變模量。 　　

    封裝技術(shù)能為今天的單裸片功率產(chǎn)品提供更佳的電氣和熱性能。隨著產(chǎn)品朝著智能功率元件方向發(fā)展，優(yōu)化的半導(dǎo)體芯片將整合于單一個(gè)更小型的智能功率封裝中，為汽車(chē)電子產(chǎn)品帶來(lái)所需的尺寸、電氣、熱量和環(huán)保性能表現(xiàn)。