下一代低VCEsat雙極晶體管

　　S. Habenicht D. Oelgeschläger B. Scheffler NXP半導(dǎo)體

　　摘要：近年來，中功率雙極晶體管在飽和電阻及功率選擇范圍方面的重大改進(jìn)，極大地拓寬了此類器件的應(yīng)用領(lǐng)域。恩智浦最新推出的SMD封裝型中功率晶體管BISS 4充分展示了雙極晶體管的技術(shù)優(yōu)勢，它在為開關(guān)應(yīng)用帶來大功率低損耗解決方案的同時，也創(chuàng)造了新的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　關(guān)鍵詞：雙極晶體管;晶體管架構(gòu);BISS ;VCesat

　　近年來，雙極晶體管發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。過去，大功率開關(guān)應(yīng)用主要依靠MOSFET;現(xiàn)在，越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域(例如，消費(fèi)電子和通信領(lǐng)域的便攜式設(shè)備的充電電路和負(fù)載開關(guān))正日益采用雙極晶體管。其中的主要原因是：通過提高半導(dǎo)體芯片中的電流均衡分布水平，人們可以降低飽和電阻，從而生產(chǎn)出電流增益又高又穩(wěn)的器件。雙極晶體管的先天不足——電流驅(qū)動問題至少可以得到充分緩解，而它在溫度穩(wěn)定性、ESD強(qiáng)度和反向阻斷方面的優(yōu)勢可以再次得到發(fā)揮。

　　通過推出突破性小信號(BISS)晶體管系列，恩智浦(NXP)半導(dǎo)體取得了市場領(lǐng)導(dǎo)地位。第四代BISS晶體管(BISS 4，表1)的全新架構(gòu)是SMD封裝型中功率雙極晶體管發(fā)展的里程碑，它有助于將該類產(chǎn)品的應(yīng)用拓展至一個更加誘人的領(lǐng)域。

　　兩種產(chǎn)品類別——系列產(chǎn)品的架構(gòu)和技術(shù)規(guī)格

　　由于雙極晶體管電阻受多重因素影響，因此開發(fā)新型中功率雙極晶體管需要認(rèn)真檢查完整的晶體管架構(gòu)(選材、芯片設(shè)計(jì)、芯片金屬化、芯片/封裝連接、封裝架構(gòu))。BISS 4產(chǎn)品系列共有兩種不同的類別。

　　第一類是超低VCEsat雙極晶體管——旨在盡量降低飽和電阻RCEsat。這也是此類產(chǎn)品架構(gòu)(芯片設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體襯底電阻、芯片金屬化、芯片/封裝連接)設(shè)計(jì)時遵循的唯一理念，其目的是在SMD封裝結(jié)構(gòu)中獲得低至14 mΩ的飽和電阻。

　　第二類是高速開關(guān)類雙極晶體管，除了降低飽和電阻RCEsat外，此類器件還需要在快速開關(guān)和存儲時間ts(大約140 ns)方面進(jìn)行改進(jìn)，以滿足高頻應(yīng)用需求。此類器件需要在規(guī)定的電阻和開關(guān)時間之間取得平衡并確定優(yōu)先級。

　　這兩類晶體管都非常重視以標(biāo)準(zhǔn)SMD(SOT23、SOT457/SC-74、SOT223、SOT89和SOT96/SO-8)作為產(chǎn)品封裝架構(gòu)。這一理念不僅能夠滿足客戶多樣化的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用需求，同時也為量產(chǎn)提供了保證。

　　恩智浦首先針對通信和汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用推出了20～60 V的產(chǎn)品，今后電壓范圍還會進(jìn)一步擴(kuò)大到20～100 V。這兩類晶體管產(chǎn)品(符合汽車應(yīng)用的AECQ-101標(biāo)準(zhǔn))采用不同的架構(gòu)和設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)各自的技術(shù)規(guī)格，并且在器件的設(shè)計(jì)中設(shè)置了不同的優(yōu)先級。在此一個非常重要的問題是，我們需要了解產(chǎn)品中哪些元件會對電阻和飽和電壓造成影響，影響的程度有多大，以及哪些措施會影響開關(guān)時間特性，影響的到底是哪一部分特性。

　　影響飽和電壓的主要因素是電阻電壓降以及復(fù)合和注入元件。由于復(fù)合和注入電壓總和相對輕微，因此重點(diǎn)需要注意電阻元件，影響它的因素主要包括半導(dǎo)體襯底電阻、芯片設(shè)計(jì)以及封裝和互連技術(shù)。