diode专题知识讲座

,Diode专题知识讲座,Lecture Class of Diode,Prepared By: York Yu,York.Yu,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹 建立概念之前必須先了解下述幾個簡單的名詞：1.本征半導體：不含雜質的純淨半導體2.電子空穴對：,空穴,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹3.本征激發：本征半導體受熱或光照後產生電子空穴對4.N型半導體：以電子導電為主的半導體又稱電子半 導體。在本征半導體中摻入微量五价元 素。,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹5.P型半導體：以空穴導電為主的半導體又稱空穴半 導體。在本征半導體中摻入微量三价元 素。,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹6.PN結：在一塊完整的本征硅上用不同摻雜工藝使其 一邊形成N型半導體另一邊形成P型半導體 在這兩種雜質半導體的交界面附近會形成一個 具有特殊性質的薄層稱為PN結。,三价元素,五价元素,內建電場,PN結,P區,N區,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹PN結的主要特性：1)正向偏置,多子擴散運動增強,P區,N區,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹PN結的主要特性：2)反向偏置,多子擴散運動被削弱,P區,N區,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹PN結的主要特性：單向導電性Diode由一個PN結構成其符號及意義如下：,正向電流只能從Anode(正極)流入從Cathode(負極)流出。,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹Diode的結構如下：,負極引線,金屬支架,N型層,P型層,金屬觸絲,正極引線,N型硅片,金屬支架,鋁合金小球,正極引線,金銻合金,鍺點接觸型二極管,硅面接觸型二極管,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹Diode的主要品種：,整流二極管,發光二極管,變容二極管,隧道二極管,光電二極管,穩壓二極管,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹,整流二極管,Si二極管伏安特性,Ge二極管伏安特性,(A),OA:導通電壓AB:外電場削弱內電場正向電流增加BC:正向導通區正向電壓大於門檻電壓後多數載流子在電場下大量通過PN結OD:反向電流幾乎不隨電壓而變化。稱為反向漏電流區,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹,穩壓二極管,I(mA),由左圖穩壓管的伏安特性圖穩壓管通常工作在A點與B點之間。二極管反向擊穿並不意味著管子損壞。只要限制其反向電流就能使管子不因過熱而燒壞。在反向擊穿狀態下管子兩端電壓變化很小具有恒壓性能這就是實現穩壓得理論基礎。穩壓管工作時流過其的反向電流在IzminIzmax範圍內變化在這個範圍內穩壓管工作安全且其兩端反向電壓變化很小。,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹,發光二極管,V(V),I(mA),0,0.4,1.2,2.0,10,20,30,40,50,簡稱LED是一種冷光源。發光管是由鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)等化合物製成的當這些材料構成的PN結加上正偏電壓時PN結以發光的形式釋放載流子復合產生的能量。光的顏色取決於所用材料。砷化鎵加入一些磷發紅光、磷化鎵發綠光目前市場上主要有紅、橙、黃、綠四色 左圖為其伏安特性圖使用中加正向電壓並接入相應限流電阻它的正常工作電流為幾毫安至十幾毫安。發光強度與電流成線性關係。除單獨使用常作成七段式或矩陣式,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹,光電二極管,I(A),V(V),-2,-4,-6,-8,-10,-50,E=200lx,E=400lx,光電二極管是一種光接收器件。其管殼上有個玻璃窗口以便接受光照當光線輻射於PN結時提高了少子密度在反偏電壓作用下產生飄移電流(反向電流)。反向電流隨光照強度增加而上升。反向電流與光照強度成正比。靈敏度0.1A/lx。光電二極管可用於光的測量。當製成大面積光電二極管時可當作一種能源稱為光電池。,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹,變容二極管,二極管由於存在結電容而具有電容效應。電容大小除與本身結構工藝有關還與外加電壓有關當反偏電壓增加耗盡層厚度增加結電容就減小變容二極管是這種效映顯著的二極管。不同型號電容量其最大值可能是5300pF。最大電容與最小電容之比約為5:1。變容二極管用於高頻電路。例如用作電視接收機調諧迴路中的可變電容器用電的方法來選擇頻道。,Lecture Class of Diode,一、Diode的概念與品種介紹,隧道二極管,2,4,6,0,0.2,0.4,0.6,I(mA),V(V),正常二極管特性,隧道二極管是面結合型二極管P型和N型半導體中都是重摻雜的。PN結中正負離子密度很高空間電荷層很薄在較低電壓下由於隧道效應就有較大電流。當正向電壓增加到足夠大時隧道效應減退隨後電流就按普通二極管伏安特性變化。由左圖可見曲線中有一部份斜率為負具有負阻特性可用來產生高頻振盪或作為高速開關。,Lecture Class of Diode,二、Diode的主要電性能參數,最大整流電流IF,IF是指二極管長期運行時允許通過的最大正向直流電流。IF與PN結的材料、面積及散熱條件有關。如某種點接觸型鍺二極管的IF為5mA某面接觸型硅二極管的IF為100mA而一種加鋁散熱板的二極管的IF可達3000mA。此參數是表征二極管極限運用的參數。,Lecture Class of Diode,二、Diode的主要電性能參數,最大反向工作電壓VR,VR是指二極管在使用時所允許承受的最大反向電壓通常以二極管反向擊穿電壓的一半左右作為二極管最高反向電壓。實際使用中二極管所承受的最大反向電壓不應超過此值否則二極管就有發生反向擊穿的危險。這也是表示二極管極限運用的參數。,Lecture Class of Diode,二、Diode的主要電性能參數,反向電流IR,IR是指在室溫下二極管未擊穿時的反向電流值。或是加上最大反向工作電壓時的反向電流。IR越小管子的單向導電性越好。反向電流受溫度影響很大使用時應注意。,Lecture Class of Diode,二、Diode的主要電性能參數,正向壓降VF,VF是指通過最大整流電流(或某一規定的直流電流)時二極管兩端的正向電壓(平均值)。一般鍺管為0.20.5V硅管為0.50.8V。此外二極管還有結電容和最高工作頻率等參數。,Lecture Class of Diode,二、Diode的主要電性能參數,溫度對二極管特性參數的影響,左圖為20和80時的硅二極管伏安特性曲線。由圖可知溫度升高二極管反向電流IR增大正向壓降VF減小反向擊穿電壓降低。由圖可見溫度對二極管的影響非常明顯。,Lecture Class of Diode,三、Diode的常用測試方法,二極管正偏時直流電阻較小呈現低阻流過二極管的正向直流電流越大直流電阻越小；二極管反偏時(在未擊穿區)其反向直流電阻很大呈現高阻。根據這一原理我們常常用萬用表歐姆檔粗略測試二極管的好壞。測試時歐姆表作為被測二極管的偏置直流電源歐姆表內部電源給二極管提供正向或反向偏置。其正反向直流電阻值相差很大達數百倍以上。這說明此二極管單向導電性基本上是好的。一般不用R*1檔(電流太大)或R*10K檔(表內電源電壓可能高於某些二極管最大反向電壓)一般選用R*100或R*1K這兩檔。,Lecture Class of Diode,三、Diode的常用測試方法,O,V,VZ,IZ,IZmin,IZmax,A,B,對於穩壓管的測試可根據確認書上的說明建立一個測試迴路當被測元件的IZ落在Izmax與Izumi之間時其穩壓值在相應規格範圍內就被認為是正常的。發光二極管的測試也相似只要滿足元件的電流在可發光的範圍內就可使該元件發光。,IZ,VZmin,VZmax,I(mA),Lecture Class of Diode,四、Diode的生產流程簡介,MELF產品的生產流程：裝填站 焊接站 鍍錫站 測試包裝站,Lecture Class of Diode,四、Diode的生產流程簡介,Lecture Class of Diode,四、Diode的生產流程簡介,Lecture Class of Diode,五、Diode的檢驗規範,外觀檢驗,表面文字印刷清晰正確無污痕無破損有極性標示,引腳上錫性、是否有彎折或斷裂,尺寸應在規格要求的範圍內,Lecture Class of Diode,五、Diode的檢驗規範,電性能檢驗,Method 1：使用特性曲線分析儀可顯示Diode的特性曲線與SPEC.進行比較可了解其電參數是否正確。Method 2：採用直流源與萬用表根據SPEC.說明對其IF、 VF 、 VR、IR外加規定條件讀取相應輸出是否在規定範圍內進行判定。Attention：檢驗二極管的極性是否標示反。,Lecture Class of Diode,六、Diode的常見不良現象及原因分析,Diode 常見不良現象,1.表面印刷不良2.上錫性不良3.表面不潔4.擊穿5.破損,Lecture Class of Diode,六、Diode的常見不良現象及原因分析,Diode 常見不良原因分析,1、2和3是由於製造商在印刷工藝控制方面不良造成的。定期適當調整印刷機的狀態可防止此問題發生。 4.造成擊穿的原因是芯片的材質有問題主要是半導體材料純度及工藝問題。嚴格控制作業環境的清潔度可降低此不良的發生。 5.造成破損的原因有：1)作業溫度或時間超出要求值 2)元件受外力擠壓 3)玻殼材質不良,Lecture Class of Diode,Diode不良案例,由於的製程檢驗及製造工藝要求極高因此不良極少。但貼片外觀會有尺寸超差問題。導致SMT產品上錫困難。,此貼片上錫性良好,此貼片上錫量較少,七、Diode的案例分析,Lecture Class of Diode,Diode 不良原因分析,造成上述不良的主要原因是由於成形模具長期工作造成模具磨損而又未及時發現導致切斷不平整及不到位。,Diode 改善的方法,每次投產時做首件確認動作。並定期追蹤模具使用狀況。如產生不良品立即停止生產進行修模或更換模具。,七、Diode的案例分析,Lecture Class of Diode,八、Diode的生產流程圖,引線的生產,Copper Line,Glass,Diode的引線是由銅絲和玻璃套管通過一種專用設備熱融成一體造成品組裝前還須做清洗。不良品機器可自動篩選。,Lecture Class of Diode,八、Diode的生產流程圖,將引腳插入一特製有网孔的板中,裝填下引線,裝填玻殼,裝填芯片,焊接,上下引線組合,Lecture Class of Diode,八、Diode的生產流程圖,玻殼,引腳,芯片,焊接後之半成品,Lecture Class of Diode,八、Diode的生產流程圖,過錫爐,鍍錫後之半成品,L