功率器件新員工培訓(xùn)2006

1、物料品質(zhì)部 2006-03一、我司主要功率器件；二、 二極管；三、 MOSFET；四、 IGBT 我司產(chǎn)品中主要使用的功率器件如下：二極管（功率二極管、信號(hào)二極管等）；穩(wěn)壓管；三極管；MOSFET；IGBT;整流橋；可控硅；數(shù)碼管、液晶等；二極管（Diode）：一種具有兩個(gè)引出端子和單向?qū)щ娦缘陌雽?dǎo)體器件。二極管廣泛應(yīng)用于各種電路之中，起到整流、嵌位、續(xù)流、隔離、穩(wěn)壓、保護(hù)等作用。符號(hào)： 二極管的重要特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦?。Why？多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。1，PN結(jié)的形成：空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié) +形成空間電荷區(qū)

2、PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+2，PN結(jié)加正向電壓：PN結(jié)正向偏置 內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IR+3，PN結(jié)加反向電壓：PN結(jié)反向偏置 1、按類型劃分 整流二極管：正向壓降低，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，適合低頻整流。如1N4007，整流橋。 信號(hào)二極管：速度快，結(jié)電容小，適合信號(hào)處理。如1N4148、BAV70 快恢復(fù)二極管：恢復(fù)時(shí)間短，恢復(fù)電流小，關(guān)斷速度快。 快速軟恢復(fù)二極管：恢復(fù)時(shí)間短，恢復(fù)電流小，恢復(fù)特性軟。 肖特基二極管：正向壓降小，無(wú)存儲(chǔ)電荷。適合低壓高頻整流。2、按封裝劃分：插裝、表面貼裝、螺栓封裝D

3、O-41 DO-15TO-247TO-220SOT-227D2PAKDPAK3、按應(yīng)用劃分 1）信號(hào)二極管： 開(kāi)關(guān)二極管： 電流200mA 電壓200V 肖特基二極管： 電流200mA 電壓40V 2）功率二極管： 普通整流二極管：430A/1600V 快恢復(fù)二極管：2*120A/1400V 肖特基二極管：60A/100V反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+二極管的伏安特性：非線形；非理想開(kāi)關(guān) 1 反向阻斷參數(shù)： 反向耐壓：VR/VRRM/VRSM，正溫度系數(shù)（溫度升高時(shí)，材料晶格振動(dòng)加劇，平均自由 程減小，相同外加電壓下載流子獲得的動(dòng)能減小，為達(dá)到碰撞電離倍增效

4、應(yīng)所需的外加電壓增大）； 反向漏電流： IR；2 正向?qū)▍?shù): IFAV; VF； IFSM; I2t; VT0; rT ;3 溫度參數(shù): TC/TA, TJ/TJM, Rthjc/Rthja/Rthch;4 耗散功率: Pd/Ptot;5，關(guān)斷特性：PN結(jié)構(gòu)成的二極管在正向?qū)〞r(shí)，PN結(jié)中存儲(chǔ)大量的電荷。當(dāng)電路使二極管換向時(shí)，導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)的電荷必須全部被抽出，或被中和掉。電荷被抽出的過(guò)程就是形成了反向恢復(fù)電流。 trr: 恢復(fù)時(shí)間 IRM: 恢復(fù)電流 Qrr: 恢復(fù)電荷 S: 軟度因子注意溫度對(duì)電流處理能力的影響： 溫度上升，通過(guò)電流能力下降。I IFAV1FAV1I IFAV2FAV2I

5、IT TjmjmT Tc cTC1TC2功率二極管電流降額：產(chǎn)品工作于額定狀態(tài)時(shí)，實(shí)際使用電流不超過(guò)對(duì)應(yīng)實(shí)際殼溫的電流額定值的90。溫度對(duì)關(guān)斷特性的影響：溫度升高，反向恢復(fù)電流增大，恢復(fù)時(shí)間、恢復(fù)電荷變大。 MOSFET金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), 它是一種單極型的電壓控制器件，不但具有自關(guān)斷能力，而且有輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)二次擊穿問(wèn)題、安全工作區(qū)寬、熱穩(wěn)定性能優(yōu)良、高頻性能好及跨導(dǎo)線性度高等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、小功率變頻調(diào)速等電力電子設(shè)備中，具有很重要的地位。1.結(jié)

6、構(gòu)雙擴(kuò)散工藝；多元胞并聯(lián)；柵結(jié)構(gòu)：平面柵（Planar）， 溝槽柵（Trench）； 很薄的SiO2層； 。2.基本工作原理柵極加正電壓將溝道處的P型半導(dǎo)體反型成N型，從而控制通斷。1、按原始溝道有無(wú)和溝道類型劃分： N溝道MOSFET 增強(qiáng)型（無(wú)原始溝道） 耗盡型（有原始溝道） P溝道MOSFET 增強(qiáng)型（無(wú)原始溝道） 耗盡型（有原始溝道） 業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的是N溝道增強(qiáng)型MOSFET。且較多使用的是分立器件，模塊使用量相對(duì)很少。2、按柵結(jié)構(gòu)劃分平面柵（planar）溝槽柵（Trench）3、按封裝類型劃分1） 表貼封裝LFPAKWPAKDPAKD2PAK2) 插裝TO-3PTO-3PFM1

7、、實(shí)際元胞結(jié)構(gòu)1、BVds：漏源擊穿電壓 為Vgs0V時(shí)漏源之間的反向漏電流達(dá)到某一規(guī)定值（如250uA）時(shí)的漏源電壓。 溫度系數(shù)：正溫度系數(shù)，約10/Tj1002、Rds（on）VDSRS*Rn+RchRaRepiRSub30V7%6%28%23%29%7%VDSRn+RchRaRepiRSub600V0.5%0.5%1.5%0.5%96.5%0.5%RS*RDS(on)RS* = packaging SGRS*p+n-Poly-GateRepiRSubSiO2RchRn+Ran+n+lRonVBR(DSS)2.42.6，最高通常1000Vl具有正溫度系數(shù)（150下數(shù)值約為室溫下的2.5倍）

8、，易于并聯(lián)。3、Vgs（th）和Qg4、輸入電容Ciss、輸出電容Coss、彌勒電容Crss極間電容包含兩類：一類為Cgs和Cgd，決定于柵極的幾何形狀和SiO2絕緣層的厚度；另一類為Cds，取決于溝道面積和有關(guān)PN結(jié)的反偏程度。為減小這些電容的影響，通常Vds應(yīng)大于10V。5、熱阻熱阻（溫升計(jì)算）：thjcswonZPPZthjcPT*)(*dTRIPjmondsdon*)(2TfEEPoffonsw/)(1、注意溫度對(duì)BVds的影響 極低溫度下BVdss比室溫下明顯降低，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免可能的Vds尖峰電壓擊穿器件。BMP產(chǎn)品曾出現(xiàn)過(guò)類似失效，相關(guān)圖片如下：預(yù)防措施：設(shè)計(jì)上保證足夠的電壓降額裕

9、量。2、驅(qū)動(dòng)不足主要供應(yīng)商份額分布（截至2004年底）產(chǎn)品覆蓋范圍概貌（discrete）MOS等級(jí)主要廠家低壓500WAPT、IXYS、 IGBT絕緣柵雙極性晶體管（Insolated Gate Bipolar Transistor），是80年代初為解決MOSFET的高導(dǎo)通壓降（難以兼顧高壓和大電流特性）和GTR的工作頻率低、驅(qū)動(dòng)功耗大等不足而出現(xiàn)的雙機(jī)理復(fù)合器件（Double Mechanism Device）。 PNPN四層結(jié)構(gòu)；相當(dāng)于一個(gè)低壓MOSFET和GTR的復(fù)合結(jié)構(gòu)；雙極性器件；內(nèi)含寄生晶閘管；寄生結(jié)電容雙極型器件，少子參與導(dǎo)電。空穴電流占總電流的2025。由于少數(shù)載流子注入的基

10、區(qū)調(diào)制效應(yīng)，正向飽和壓降（類似于MOSFET的導(dǎo)通電阻）不再明顯受到耐壓的影響。在大電流下可獲得很低的通態(tài)壓降和很高的功率處理能力；同等耐壓和功率處理能力下，IGBT所需的芯片面積明顯小于MOSFET，因而具有成本優(yōu)勢(shì)；具有MOS柵控制結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)與MOSFET類似；關(guān)斷時(shí)由于少數(shù)載流子存儲(chǔ)效應(yīng)，存在電流拖尾，關(guān)斷損耗較高；也限制了使用頻率（一般不高于200KHZ）；由于沒(méi)有自身的體二極管，應(yīng)用中需配合反并二極管用以續(xù)流，同時(shí)限制反向電壓。多數(shù)產(chǎn)品內(nèi)部已集成封裝了此反并二極管。1、按電壓分：600，1200，1700，3300，6500V2、按芯片技術(shù)劃分工藝穿通擊穿電壓器件成本飽和壓降工作頻率

11、安全工作區(qū)PT異質(zhì)外延 擴(kuò)散低于雪崩擊穿電壓高較低較低，20KHZ以下較窄，高溫穩(wěn)定性差NPT同質(zhì)擴(kuò)散離子注入高于雪崩擊穿電壓較低稍高較高較寬，高溫穩(wěn)定性好FS-NPT(LPT,SPT類似）與NPT類似，增加擴(kuò)散一N+緩沖層（其濃度低于PT中的緩沖層）低于雪崩擊穿電壓較低較低，2V以下較高較寬，高溫穩(wěn)定性好主要芯片技術(shù)比較：3、按封裝劃分： （1）單管分立器件： TO-220, TO-247, TO-MAX等, 與MOSFET插裝器件封裝類似。 （2）模塊：提供絕緣功能，3KV以上（安規(guī)認(rèn)證，UL）。 DCB材料： Al2O3-AlN-AlSIC （一般工業(yè)用器件采用Al2O3、 AlN，而航空用器件采用AlSIC材料） A、有銅底板（Copper Baseplate）的模塊62mm模塊：1066230mmB、無(wú)銅底板模塊：SEMIPONTEASY 系列4、按照內(nèi)部拓?fù)鋭澐郑?、廠家數(shù)據(jù)表（BSM200GB