功率半导体器件在智能功率集成电路中的应用 张静

功率半导体器件在智能功率集成电路中的应用张静

摘要：当前，电子信息技术领域在世界范围内得到了迅速的发展，其中，智能功率集成电路的综合控制能力在这一过程中起到了积极的促进作用。而功率半导体器件以其多样化的功能和稳定的物理性质与智能功率集成电路相结合，在电力电子技术领域发挥了重要的价值。笔者在概况介绍功率半导体器件与智能功率集成电路的基础上，就功率半导体器件在智能功率集成电路中的应用进行了具体的剖析，以求对进一步发挥功率半导体器件在电力电子技术发展中的作用，推动智能技术与绿色经济的发展。

关键词：电子信息技术；功率半导体；器件；智能功率；集成电路

随着电子信息技术的发展，目前生产领域对于系统的效率、性能和智能化程度提出了新的更高要求，在此背景下，为了强化电力电子技术的综合控制能力，智能功率集成电路应运而生。而在智能功率集成电路中运用功率半导体，不仅可以有效降低其工作的条件要求，实现成本的节约，同时也可以提升智能功率集成电路的应用性能，扩大其适用的领域范围。

1.功率半导体器件与智能功率集成电路简介

1.1功率半导体器件

功率半导体器件通常又被称作是电力电子器件，主要用于控制电力设备的电路和电能变换。功率半导体器件和功率变换技术、IC技术共同构成了电力电子技术体系，并且充当起电力电子技术发展的“龙头”作用。

利用功率半导体器件中半导体材料的特性，可以充当起电力电子装置中开关的作用。上世纪五十年代，GE公司研制出了第一个工业用普通晶闸管，离子变流器从此落下帷幕，世界进入了由功率半导体器件构成的变流器时代。经过60年的发展，功率半导体器件因其体积小、能耗低、效率高的特点，在各类变流装置中得到了广泛的运用，并开发出了光控晶闸管、逆导晶闸管、非对称晶闸管等一系列种类繁多的闸管派生器件。在电力电子装置应用的实际条件下，起到“开关”作用的功率半导体器件，不仅要具有较高的稳定性和极高的状态转换能力外，还需要在接通状态下具有尽可能小的电阻，以降低电流流经时的能量损耗，而在关闭状态下，则可应尽可能接近绝缘体的性质，从而避免被高压电流所击穿。

1.2智能功率集成电路

为了保护电子系统，在一般的电力电子装置中，会应用较多的线路与电气保护设备，这些装置在作用机理方面，往往是将各个线路装通处理模块进行并联，通过线路的保护装置对接入的能源进行检测，判断其电流的大小是否合适，从而实现对电气设备的保护。但这一并联的方式由于重复性较高，因而设计成本相对较高。如果在电力电子装置中，把所有需要的功能模块均包含在一块芯片中，由这一芯片对电力供应情况进行系统性的处理，就构成了单片式功能集成电路。而且，由于这种集成模式在很大程度上与电力电子技术的智能化发展需求相契合，因而通常也被称作是智能功率集成电路，简写为SPIC。

可以说，在智能化、高频化、全控化以及集成化的时代发展趋势下，智能化功率集成电路因其对于节能减排、降低能耗的积极作用，必将在电力电子技术领域得到长足发展。而电力电子技术的发展是与核心功率器件的更迭息息相关的，智能功率集成电路和功率半导体器件具有天然的密切关联。

2. 功率半导体器件在智能功率集成电路中的具体应用

2.1功率半导体器件的工艺提升使其具备应用于智能功率集成电路的可能

在制造工艺上，功率器件与微电子器件逐渐接近，例如MOS型器件的通态电阻工艺，从几十年前的几微米已发展到了现在的亚微米级别，这与智能功率集成电路的控制能力要求提升是一致的。

功率半导体器件的封装技术也与智能功率集成电路相靠近，同样已MOS型功率半导体器件为例，其封装工艺现已包括多芯片模块(MCM)、球栅阵列(BGA)和像倒置芯片(Flip-Chip)等多种形式，这些工艺同时也是智能功率集成电路的典型封装形式。

2.2智能功率集成电路中功率半导体器件的应用分析

智能功率集成电路的3大模块分别为功率控制、智能接口和传感保护，其中功率控制的对象就是功率半导体器件与驱动电路，而智能接口传感保护主要用于支持功率控制模块功能的发挥。通常，高侧功率半导体器件与低侧功率半导体器件有着不同的驱动电路，为了控制信号从低侧向高侧的传递，还会配置高压电平位移电路。通过对芯片内的电压、电流、温度等信息进行收集，并反馈至保护电路，从而实现对智能功率集成电路的保护。另外，在信息化时代中，电力电子装置不是孤立的，而是往往需要与外部计算机进行接口对接，而智能接口模块则是SPIC与外界进行指令传输和信息沟通的窗口。

通过对系统的功率现状和需求进行一系列分析后，系统本身可以获取对电力电子装置的能源模式和接口端的线路电流的明确认知，之后借助功率半导体器件在不同状态下导电程度的差异，对现有能源进行符合电力电子装置需求的转化，从而使电力电子装置处在一个合理的运行状态中。

可以说，功率半导体器件的发展程度在一定程度上决定了智能功率集成电路的发展速度，智能集成电路需在功率半导体的支持下才能充分发挥其综合控制功能。

3.结语

在智能功率集成电路中，功率半导体器件的应用对于其实际应用效能的提升具有重要意义。为了进一步促进电力电子技术的发展，相关领域研究者一方面应通过逐步开发稳定性更高、抗干扰能力更强的功率半导体，另一方面，则应针对功率半导体器件在现有智能功率集成电路中的应用水平进行研究，以实现在既定条件下尽快能地节约成本，提高效能。

参考文献

[1]马俊.智能功率集成电路中功率半导体器件的探析[J].电脑知识与技

术,2016,12(12):252-253+256.

[2]解鸿国.智能功率集成电路中功率半导体器件的研究[J].电子技术与软件工程,2015(01):118.

[3]程骏骥.智能功率集成电路中功率半导体器件的研究[D].电子科技大学,2013.

[4]胡浩.智能功率集成电路中部分模块的研究[D].电子科技大学,2012.

作者简介：张静（1989-04），女，汉族，籍贯：陕西省咸阳市，当前职务：技术员，当前职称：助理工程师，学历：大学本科，研究方向：功率半导体器件