在汽车工业向电动化、智能化转型的浪潮中，车载MOSFET作为电力电子系统的核心开关器件，其性能直接决定了电动汽车的能效、续航里程和系统可靠性。在众多性能指标中，导通电阻的降低是技术创新的永恒主题。极低的导通电阻意味着器件在导通状态下的功率损耗最小化，从而减少发热，提升效率，并最终允许更高的电流密度。车载应用对导通电阻的要求尤为严苛，因为任何微小的损耗都会在大电流长时间运行下积累为巨大的热量和能耗。低导通电阻的实现，主要依赖于半导体芯片内部的沟槽技术革新以及外部的封装技术优化。
传统的功率场效应晶体管通常采用平面结构，其导电通道位于芯片表面，电阻由多部分构成，包括源极接触电阻、外延层电阻和衬底电阻等。随着技术的发展，平面结构的导通电阻已经逼近理论极限，难以满足电动汽车对高效率、高功率密度的需求。因此，行业转向了更先进的沟槽技术，以垂直结构来优化电流路径。沟槽场效应晶体管通过在硅片表面刻蚀出深窄的沟槽，并在沟槽侧壁制作栅氧化层和栅电极。这种垂直的沟槽结构使得电流可以从源极垂直流向漏极，大大增加了单位面积内的电流密度。在导通状态下，栅极电压的施加在沟槽侧壁形成反型层，电流通过反型层、沟槽底部的通道以及下方的外延层和衬底传导。通过这种方式，沟槽技术有效地利用了硅片的体积，而非仅仅依赖表面积来传导电流，从而极大地降低了器件的比导通电阻，即单位芯片面积上的导通电阻。
沟槽技术的演进是一个持续创新的过程。最初的沟槽场效应晶体管虽然降低了导通电阻，但也带来了一些新的挑战，特别是开关损耗和栅极电荷的增加。为了解决这些问题，出现了更精细的沟槽结构，例如屏蔽栅沟槽技术。屏蔽栅技术在主栅极下方增加了第二层屏蔽电极。这层屏蔽电极通过特殊的工艺与源极相连或悬空，其主要作用是减少电场集中，使得芯片能够承受更高的击穿电压，同时降低米勒电容和总栅极电荷。米勒电容的减小对于提高器件的开关速度至关重要，它直接关系到开关过程中产生的损耗。通过屏蔽栅对电场的有效控制，器件可以在保证高耐压特性的同时，实现更低的导通电阻。另一种重要的沟槽结构优化是深沟槽技术与超结技术的结合。超结技术，最初用于平面结构，通过在漂移区交替植入高浓度的P型和N型柱状区，可以在提高耐压的同时显著降低外延层电阻。将超结结构引入到沟槽场效应晶体管中，可以进一步优化电流路径和电荷平衡，尤其适用于中高压应用，如电动汽车的直流到直流转换器和高压附件驱动。深沟槽结构与超结的协同作用，使得车载MOSFET在满足苛刻的耐压标准时，仍能保持极低的导通电阻和优异的开关性能。
然而，仅仅优化芯片内部结构并不足够。在车载大功率应用中，器件的实际性能还受到其封装技术的严重制约。导通电阻不仅仅是芯片本身的电阻，它还包括了封装内部的寄生电阻和接触电阻，例如键合线、引脚和内部连接材料的电阻。在大电流应用中，这些寄生电阻所占比例不容忽视，并且会转化为额外的热量。因此，封装优化的核心目标是消除或大幅减少这些寄生效应。
传统的功率器件封装，如TO-247或D2PAK，通常使用铝线键合来连接芯片的源极和封装引脚。键合线数量有限且具有一定的阻抗，在大电流流过时，会产生显著的寄生电阻和电感。这在大电流充放电和快速开关的应用中，成为限制性能的瓶颈。为了突破键合线的限制，行业转向了无引线或双面冷却封装技术。例如，铜片或夹片连接封装取代了传统的键合线。这种封装通过将芯片直接与大面积的铜夹片或铜块进行焊接或烧结连接，极大地扩大了电流流通路径的截面积，从而将源极的寄生电阻降至几乎可以忽略不计的水平。与传统键合线相比，铜片连接的电流承载能力更强，寄生电感更低，显著提高了器件的开关速度和瞬态响应能力。
双面冷却封装是另一种重要的优化趋势。在传统封装中，热量主要通过芯片底部散发。双面冷却封装则允许芯片的上下两侧同时与散热器或导热层接触。通过在源极侧也使用高导热材料，可以实现更高效的热量散发。这种封装结构不仅提高了器件的持续电流能力，更重要的是，它降低了芯片的结温。结温是影响场效应晶体管可靠性和导通电阻的关键因素。导通电阻具有正温度系数，即温度升高时，导通电阻也会增加。因此，高效的散热降低了稳定工作时的结温，相当于进一步“虚拟”地降低了器件的实际导通电阻，提高了能效。
在电动汽车逆变器等对功率密度要求极高的应用中，功率模块封装成为主流。功率模块将多个场效应晶体管芯片、二极管和传感器集成在一个紧凑的、高可靠性的外壳内。模块内部通常采用烧结连接技术取代传统的焊接，特别是采用银烧结技术，它可以提供远高于传统焊料的机械强度和导热性，同时减少热疲劳，极大地提高了模块在汽车恶劣工况下的长期可靠性。模块封装的设计优化不仅关注低导通电阻，还着重于最小化寄生电感，这是高频、大电流开关应用中抑制电压尖峰和振荡的关键。
车载MOSFET实现低导通电阻的技术秘密在于芯片内部和外部封装的协同创新。内部的沟槽技术，从基础沟槽到屏蔽栅再到与超结的结合，不断优化电流路径，提高比导通电阻。外部的封装技术，则通过铜片连接、双面冷却和先进功率模块等方式，消除寄生电阻，增强散热能力。这种“芯片-封装”一体化的优化设计，是保障电动汽车功率电子系统高效率、高可靠运行的根本所在。只有不断推进这两方面的技术进步，才能满足未来汽车对更高性能、更紧凑、更可靠电力电子器件的无止境需求。
