近年來，汽車的電子化發(fā)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(tǒng)的機械控制占比較大的時代相比，電子控制、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(huán)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，各汽車制造商之間的低油耗化競爭也日益激化。這些突破是由復雜且周密的電子化控制來實現(xiàn)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(xù)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(fā)展，例如可以下載并欣賞喜歡的音樂，在路上即可輕松獲得目的地的信息等。而為了實現(xiàn)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(fā)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(nèi)越來越成為更舒適的空間。

 

最后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(fā)生 "事后" 的對策。但是，近年來隨著電子設備性能的提升，已經(jīng)開始聚焦危險發(fā)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(xiàn)汽車行駛安全的電子設備已經(jīng)被確立為一個重要的領域，預計今后各種功能的安全設備將會相繼開發(fā)并投入市場。

 

汽車用電源IC幾乎可用于任何電子設備，為實現(xiàn)這3大關鍵詞，對 "低靜態(tài)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（圖1）。

 

圖1：近年來的電子化背景與需求

 

ROHM利用獨有的電路設計，成功降低了靜態(tài)電流，為汽車的低功耗化做出巨大貢獻。例如，ROHM將實現(xiàn)了業(yè)界最高級別的6µA低靜態(tài)電流的車載LDO系列 "BD7xxL2EFJ-C / BD7xxL5FP-C" 和實現(xiàn)了僅為ROHM以往產(chǎn)品1/100的22µA低靜態(tài)電流的DC/DC轉(zhuǎn)換器IC "BD99010 EFV-M / BD 99011EFV-M" 投入量產(chǎn)，并獲得客戶高度好評。

 

 

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(xù)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由于連接于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進行脈沖控制（PWM：Pulse Width Modulation 和PFM：Pulse Frequency Modulation等）已成為必然趨勢，但這種控制方式又會對周圍元件產(chǎn)生噪音干擾（圖2）。

 

 

圖2：車載電源IC的種類與特點

 

車載用電子元器件因噪音干擾而誤動作，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(chǎn)品必須符合CISPR25（發(fā)射干擾：產(chǎn)生干擾側的標準）和ISO11452（抗干擾：受到干擾影響側的標準）等電磁兼容相關的各種標準。

 

因此，對車載用產(chǎn)品來說，不妨礙其他設備（發(fā)射干擾）、以及受到其他設備妨礙時能保持本來的性能（抗干擾）是非常重要的。

 

EMC（Electromagnetic Compatibility）從EMI（發(fā)射干擾）和EMS（抗干擾度）兩種性能兼?zhèn)涞谋匾越嵌缺环Q為 "電磁兼容性" 。

 

 

工藝的微細化曾遵從摩爾定律迅速發(fā)展，但如今已不見以往的顯著發(fā)展態(tài)勢。

像電源IC這樣的產(chǎn)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(jīng)由PCB和封裝散發(fā)到外部（圖3）。

 

 

圖3：封裝結構圖（熱阻）

 

在車載等使用時周圍溫度較高的環(huán)境下，到達IC的使用溫度上限的容許溫差變小，從而必須極力控制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(zhì)、引線框架的材質(zhì)、固定芯片與框架的接合材質(zhì)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。

 

隨著車載控制設備的電子控制 / 電動化發(fā)展，在被稱為 "平臺化" 的背景下，電子元器件的商品化也自然而然不斷發(fā)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，進行控制設備的綜合散熱設計，使IC與PCB熱阻平衡變得越來越重要。

 

 

如前所述，車載電子元器件必須符合 CISPR25（發(fā)射干擾：產(chǎn)生干擾側的標準）和ISO11452（抗干擾：受干擾影響側的標準）等電磁兼容相關的各種標準。

 

這些噪音干擾根據(jù)傳輸路徑，可分為直接經(jīng)布線傳輸?shù)膫鲗г胍艉徒?jīng)空氣傳輸?shù)妮椛湫栽胍簦▓D4,5）。

 

 

圖4：同一PCB板上的噪音傳輸路徑

 

 

圖5：來自PCB板間及PCB板外部的噪音傳輸路徑

 

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，并聯(lián)阻抗較低的旁路電容。

 

下面的應用實例DC/DC轉(zhuǎn)換器IC "BD90640EFJ-C" 就是采用以上這種噪音對策應用示例。

 

在圖6的示例中，對于AM頻段噪音，使用Π型濾波器使之衰減；對于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要求。

 

CISPR25傳輸干擾的極限值dB（µV）

 

 

圖6：通過輸入濾波器作為傳導噪音對策示例

 

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。

 

最后，請注意，由于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。

 

 

如前所述，隨著電子元器件向小型化發(fā)展，其發(fā)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(chǎn)生這些問題的散熱設計技術已成為非常重要的因素。

 

通常，只要知道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(shù)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控制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(xié)會）制定的JESD51標準系列等，但因各半導體廠家的理解不同，使得條件并未達到1對1的一致性，這是普遍現(xiàn)象。因此，在配套產(chǎn)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(jù)JESD51-2A（在305mm見方的外罩所包圍的無風空間里，將安裝了1個IC的PCB板固定的狀態(tài)）測量的，與配套產(chǎn)品實際的使用環(huán)境差異較大。

 

例如，圖7左端的PCB板條件為電子元器件的規(guī)格書上記載的條件。

 

 

圖7：電子元器件的溫升與集成度關系

 

如中圖所示，當配套產(chǎn)品使用多個該部件時，在很接近的狀態(tài)下配置會使每個部件的有效散熱面積減少。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，同時也是我們身邊的電子設備不可或缺的產(chǎn)品。ROHM利用所擅長的模擬技術，打造出AC/DC轉(zhuǎn)換器IC及DC/DC轉(zhuǎn)換器IC等從一次側到二次側適用各種設備的豐富的產(chǎn)品陣容。未來，ROHM還將發(fā)力滿足前述的各種客戶需求的綜合應用，進一步完善產(chǎn)品陣容。