功率器件新员工培训2006

1、物料品质部 2006-03一、我司主要功率器件；二、 二极管；三、 MOSFET；四、 IGBT 我司产品中主要使用的功率器件如下：二极管（功率二极管、信号二极管等）；稳压管；三极管；MOSFET；IGBT;整流桥；可控硅；数码管、液晶等；二极管（Diode）：一种具有两个引出端子和单向导电性的半导体器件。二极管广泛应用于各种电路之中，起到整流、嵌位、续流、隔离、稳压、保护等作用。符号： 二极管的重要特性：单向导电性。Why？多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使空间电荷区变宽。1，PN结的形成：空间电荷区也称 PN 结 +形成空间电荷区

2、PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+2，PN结加正向电压：PN结正向偏置 内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR+3，PN结加反向电压：PN结反向偏置 1、按类型划分 整流二极管：正向压降低，恢复时间长，适合低频整流。如1N4007，整流桥。 信号二极管：速度快，结电容小，适合信号处理。如1N4148、BAV70 快恢复二极管：恢复时间短，恢复电流小，关断速度快。 快速软恢复二极管：恢复时间短，恢复电流小，恢复特性软。 肖特基二极管：正向压降小，无存储电荷。适合低压高频整流。2、按封装划分：插装、表面贴装、螺栓封装D

3、O-41 DO-15TO-247TO-220SOT-227D2PAKDPAK3、按应用划分 1）信号二极管： 开关二极管： 电流200mA 电压200V 肖特基二极管： 电流200mA 电压40V 2）功率二极管： 普通整流二极管：430A/1600V 快恢复二极管：2*120A/1400V 肖特基二极管：60A/100V反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+二极管的伏安特性：非线形；非理想开关 1 反向阻断参数： 反向耐压：VR/VRRM/VRSM，正温度系数（温度升高时，材料晶格振动加剧，平均自由 程减小，相同外加电压下载流子获得的动能减小，为达到碰撞电离倍增效

4、应所需的外加电压增大）； 反向漏电流： IR；2 正向导通参数: IFAV; VF； IFSM; I2t; VT0; rT ;3 温度参数: TC/TA, TJ/TJM, Rthjc/Rthja/Rthch;4 耗散功率: Pd/Ptot;5，关断特性：PN结构成的二极管在正向导通时，PN结中存储大量的电荷。当电路使二极管换向时，导通时存储的电荷必须全部被抽出，或被中和掉。电荷被抽出的过程就是形成了反向恢复电流。 trr: 恢复时间 IRM: 恢复电流 Qrr: 恢复电荷 S: 软度因子注意温度对电流处理能力的影响： 温度上升，通过电流能力下降。I IFAV1FAV1I IFAV2FAV2I

5、IT TjmjmT Tc cTC1TC2功率二极管电流降额：产品工作于额定状态时，实际使用电流不超过对应实际壳温的电流额定值的90。温度对关断特性的影响：温度升高，反向恢复电流增大，恢复时间、恢复电荷变大。 MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), 它是一种单极型的电压控制器件，不但具有自关断能力，而且有输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快、无二次击穿问题、安全工作区宽、热稳定性能优良、高频性能好及跨导线性度高等优点。广泛应用于开关电源、小功率变频调速等电力电子设备中，具有很重要的地位。1.结

6、构双扩散工艺；多元胞并联；栅结构：平面栅（Planar）， 沟槽栅（Trench）； 很薄的SiO2层； 。2.基本工作原理栅极加正电压将沟道处的P型半导体反型成N型，从而控制通断。1、按原始沟道有无和沟道类型划分： N沟道MOSFET 增强型（无原始沟道） 耗尽型（有原始沟道） P沟道MOSFET 增强型（无原始沟道） 耗尽型（有原始沟道） 业界应用最为广泛的是N沟道增强型MOSFET。且较多使用的是分立器件，模块使用量相对很少。2、按栅结构划分平面栅（planar）沟槽栅（Trench）3、按封装类型划分1） 表贴封装LFPAKWPAKDPAKD2PAK2) 插装TO-3PTO-3PFM1

7、、实际元胞结构1、BVds：漏源击穿电压 为Vgs0V时漏源之间的反向漏电流达到某一规定值（如250uA）时的漏源电压。 温度系数：正温度系数，约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具有正温度系数（150下数值约为室温下的2.5倍）

8、，易于并联。3、Vgs（th）和Qg4、输入电容Ciss、输出电容Coss、弥勒电容Crss极间电容包含两类：一类为Cgs和Cgd，决定于栅极的几何形状和SiO2绝缘层的厚度；另一类为Cds，取决于沟道面积和有关PN结的反偏程度。为减小这些电容的影响，通常Vds应大于10V。5、热阻热阻（温升计算）：thjcswonZPPZthjcPT*)(*dTRIPjmondsdon*)(2TfEEPoffonsw/)(1、注意温度对BVds的影响 极低温度下BVdss比室温下明显降低，设计时应避免可能的Vds尖峰电压击穿器件。BMP产品曾出现过类似失效，相关图片如下：预防措施：设计上保证足够的电压降额裕

9、量。2、驱动不足主要供应商份额分布（截至2004年底）产品覆盖范围概貌（discrete）MOS等级主要厂家低压500WAPT、IXYS、 IGBT绝缘栅双极性晶体管（Insolated Gate Bipolar Transistor），是80年代初为解决MOSFET的高导通压降（难以兼顾高压和大电流特性）和GTR的工作频率低、驱动功耗大等不足而出现的双机理复合器件（Double Mechanism Device）。 PNPN四层结构；相当于一个低压MOSFET和GTR的复合结构；双极性器件；内含寄生晶闸管；寄生结电容双极型器件，少子参与导电。空穴电流占总电流的2025。由于少数载流子注入的基

10、区调制效应，正向饱和压降（类似于MOSFET的导通电阻）不再明显受到耐压的影响。在大电流下可获得很低的通态压降和很高的功率处理能力；同等耐压和功率处理能力下，IGBT所需的芯片面积明显小于MOSFET，因而具有成本优势；具有MOS栅控制结构，驱动与MOSFET类似；关断时由于少数载流子存储效应，存在电流拖尾，关断损耗较高；也限制了使用频率（一般不高于200KHZ）；由于没有自身的体二极管，应用中需配合反并二极管用以续流，同时限制反向电压。多数产品内部已集成封装了此反并二极管。1、按电压分：600，1200，1700，3300，6500V2、按芯片技术划分工艺穿通击穿电压器件成本饱和压降工作频率

11、安全工作区PT异质外延 扩散低于雪崩击穿电压高较低较低，20KHZ以下较窄，高温稳定性差NPT同质扩散离子注入高于雪崩击穿电压较低稍高较高较宽，高温稳定性好FS-NPT(LPT,SPT类似）与NPT类似，增加扩散一N+缓冲层（其浓度低于PT中的缓冲层）低于雪崩击穿电压较低较低，2V以下较高较宽，高温稳定性好主要芯片技术比较：3、按封装划分： （1）单管分立器件： TO-220, TO-247, TO-MAX等, 与MOSFET插装器件封装类似。 （2）模块：提供绝缘功能，3KV以上（安规认证，UL）。 DCB材料： Al2O3-AlN-AlSIC （一般工业用器件采用Al2O3、 AlN，而航空用器件采用AlSIC材料） A、有铜底板（Copper Baseplate）的模块62mm模块：1066230mmB、无铜底板模块：SEMIPONTEASY 系列4、按照内部拓扑划分：1、厂家数据表（BSM200GB