Neue Leistungs-MOSFETs und Smart-Power-Switches auf Basis innovativer Technologien für die Automobilelektronik

Auf der US-Fachkonferenz für Automobilelektronik „Convergence 2004“ hat Infineon Technologies eine neue Familie „grüner“ Leistungs-MOSFETS mit Trench-Technologie, die OptiMOS-T Familie, vorgestellt und gleichzeitig auf Basis dieser Trench-Technologie die weltweit ersten „intelligenten“ High-Side-Schaltregler seiner PROFET-Familie angekündigt. Beide Produktfamilien wurden speziell für die anspruchsvollen und rauen Betriebsbedingungen der Automobilelektronik entwickelt. Hier gehört Infineon zu den weltweit führenden Anbietern.

Die OptiMOS-T-Familie

Infineon ergänzt sein bisheriges MOSFET-Portfolio um eine neue OptiMOS-T Trench-Technologie für Leistungshalbleiter und bietet diese zuerst in der Spannungsklasse 55 Volt. Automobilzulieferern, die mechanische und hydraulische Systeme durch elektrische ersetzen wollen, stehen damit neue Designoptionen zur Verfügung. Die neue Trench-Technologie bietet die gleiche Avalanche-Stabilität wie Infineons Planar-OptiMOS-Technologie, ermöglicht es jedoch, mehr als das Zehnfache an Logikschaltungen auf einem Chip zu integrieren. Je nach Design führen kleinere Leistungsverluste zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Applikation, beispielsweise eines Ventilators zur Motorkühlung, und damit zu geringerem Kraftstoffverbrauch und niedrigerem Schadstoffausstoß. Auf einer Strecke von 100 km sparen 100 Watt weniger Energieverbrauch bis zu 0,15 Liter Kraftstoff und die damit verbundenen Emissionen ein.

Das erste Produkt der OptiMOS-T-Familie, der IPB100N06S3L-03, ist ein 2,7-mΩ-55V-N-Kanal-MOSFET im D2PAK-Gehäuse. Die vollständige Produktfamilie mit Rdson-Werten von 2,7 mΩ bis etwa 25 mΩ folgt in den nächsten Monaten.

„Die robuste und „grüne“ Gehäusetechnologie der OptiMOS-T-Familie unterstreicht Infineons führende Position bei Leistungshalbleitern in der Automobilelektronik. Qualität und Zuverlässigkeit unserer Produkte übertreffen die Erwartungen der Automobilzulieferer. Umweltschonende Technologien und Gehäuse wollen wir bei all unseren Produkte einsetzen“, sagte Christopher Cook, Vice President, Automobil- und Industrieelektronik bei Infineon Technologies Nordamerika.

Alle Produkte der OptiMOS-T-Familie sind bereits bleifrei (bleifreie Verzinnung der Anschlusspins, „grünes“ Kunststoffgehäuse) und entsprechen den derzeitigen RoHS- (Restricting the use of Hazardous Substances) und WEEE- (Waste Electronic and Electrical Equipment) Bestimmungen. Sie bestehen Reflow-Spitzentemperaturen von bis zu 260°C. Ein weiterer Vorteil des robusten, „grünen“ Gehäuses der OptiMOS-T-Produkte ist die erhöhte Temperaturwechselfähigkeit. Zuverlässigkeitstests mit erweiterter Temperaturqualifikation (mit weit über 1.000 Temperaturwechseln, gemäß Automotive Electronics Council AEC Q 101) zeigten keine Verschlechterung der Chipqualität und keine Vergrößerung des thermischen Widerstands.

Branchenweit führende OptiMOS-T-55V-Produkte sind die Bausteine mit 2,7 mΩ im D2PAK-Gehäuse und ein MOSFET mit 5,2 mΩ im DPAK-Gehäuse.

Gehäuse, Preise und Verfügbarkeit der OptiMOS-T-55V-Produkte

Bereits verfügbar sind Muster der 55V-OptiMOS-T-Produkte im D2PAK-Gehäuse. Verfügbarkeit im Volumen ist ab Mitte 2005 geplant. Für Hochleistungs-Applikationen wie elektrische Servolenkungen sind derzeit weitere Spannungsklassen der OptiMOS-T-Familie in Entwicklung. In Stückzahlen von zehn Tausend kostet der 5-mΩ-55V-N-Kanal-OptiMOS-T im D2PAK-Gahäuse 0,90 US-Dollar pro Stück.

SMART5-PROFET-Schaltregler-ICs

Infineon hat sein Produktportfolio an PROFET- (PROtected MOSFET) ICs um eine neue Familie von mehrkanaligen High-Side-Schaltreglern erweitert, die als weltweit erste Smart-Switch-Familie die Trench-Technologie verwendet. Die neuen SMART5-PROFET-Schaltregler-ICs stellen die fünfte Generation von Infineons SMART-Pro-dukten für Komfort- und Karosserie-Elektronikanwendungen im Auto. Sie bieten Automobilzulieferern eine kostengünstige und robuste Alternative zu bisherigen Lösungen mit Relais, Sicherungen und diskreten Komponenten.

Infineons intelligente PROFET-Leistungs-ICs kombinieren sowohl einen Leistungstransistor zum Schalten als auch vollständig integrierte Logikschutzschaltungen. Damit können sie sich selbst und ihre Last schützen.

„SMART5-ICs bieten gegenüber elektromechanischen Lösungen nicht nur zusätzliche Leistungsfähigkeit, sondern auch größere Flexibilität und niedrigere Kosten“, ergänzte Christopher Cook. „Im Gegensatz zu Relais sind sie von einem Mikrocontroller ansteuerbar, schützend und bei Fehlern wie Kurzschluss, Überlast, Übertemperatur und Open-Load diagnosefähig. Sie erfüllen die Anforderungen unserer Kunden für deren elektronische Steuerungs- und Komfortanwendungen im Auto.“

Typische Anwendungen für SMART5-Schaltregler-Ics

Eine typische Anwendung für die neuen SMART5-Schaltregler-ICs sind Module für Automobilbeleuchtungen, in denen derzeit weitgehend Relais und elektromechanische Schalter zum Einsatz kommen. Im Vergleich zu Relais können die SMART5-ICs Lampen mit größerem Regelbereich, besserem Schutz, niedrigerer Verlustleistung und geringerer Leiterplattenfläche ansteuern. Außerdem sind sie kostengünstiger. Zum Beispiel können SMART5-ICs zwei standardmäßige 27W-Glühbirnen für das Abblendlicht eines Fahrzeugscheinwerfers ansteuern. Sie erlauben bei schwankender Batteriespannung eine höhere Lebensdauer von Lampen. Ein Relais kann diesen Ansteuerungsgrad nicht bieten und erfordert zudem externe Komponenten, um die Last und sich vor Fehlerzuständen zu schützen. Darüber hinaus gestattet SMART5 den „Softstart“ einer Glühbirne und verringert damit die Belastung, der sie während des Einschaltens ausgesetzt ist. Eine PWM (Pulse Width Modulation) erlaubt in Fahrzeug- und Komfortapplikationen auch das langsame Abschalten einer Glühbirne und damit eine stufenlose Abdunklung.

Außerdem erkennt der SMART5-IC den Ausfall einer Glühbirne und zeigt diesen an. Dies erfolgt im eingeschalteten Zustand durch seine Strommessfunktion oder im ausgeschalteten Zustand durch ein Fehlersignal. So kann bei Ausfall einer Glühbirne ein Mikrocontroller eine andere Glühbirne zuschalten, zum Beispiel den Blinker als Ersatz für ein ausgebranntes Bremslicht, und dem Fahrer den Fehler melden.

Gehäuse, Preise und Verfügbarkeit

Die ersten zehn Produkte der SMART5-PROFET-Schaltregler-Familie sind verfügbar. Abhängig von ihrer Kanalkonfiguration gibt es sie in vier Gehäuseversionen: SO-14, SMD-12-Leistungsgehäuse, SO-20 und SO-28. Die Einzelpreise bei Stückzahlen von zehn Tausend reichen von 0,90 US-Dollar für das SO-14-Gehäuse BTS 5230GS mit 2 x 140 mΩ bis zu 3,89 US-Dollar für das SO-28-Gehäuse BTS 5441G mit 4 x 25 mΩ. Mehrere Produkte unterstützen extern einstellbare Strombegrenzungen, andere verfügen über eine selbstjustierende Strombegrenzung und Enable-/Disable-Status.