下一代低VCEsat雙極晶體管

　　S. Habenicht D. Oelgeschläger B. Scheffler NXP半導體

　　摘要：近年來(lái)，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(lèi)器件的應用領(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(kāi)關(guān)應用帶來(lái)大功率低損耗解決方案的同時(shí)，也創(chuàng )造了新的應用領(lǐng)域。

　　關(guān)鍵詞：雙極晶體管;晶體管架構;BISS ;VCesat

　　近年來(lái)，雙極晶體管發(fā)展勢頭強勁。過(guò)去，大功率開(kāi)關(guān)應用主要依靠MOSFET;現在，越來(lái)越多的應用領(lǐng)域(例如，消費電子和通信領(lǐng)域的便攜式設備的充電電路和負載開(kāi)關(guān))正日益采用雙極晶體管。其中的主要原因是：通過(guò)提高半導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的器件。雙極晶體管的先天不足——電流驅動(dòng)問(wèn)題至少可以得到充分緩解，而它在溫度穩定性、ESD強度和反向阻斷方面的優(yōu)勢可以再次得到發(fā)揮。

　　通過(guò)推出突破性小信號(BISS)晶體管系列，恩智浦(NXP)半導體取得了市場(chǎng)領(lǐng)導地位。第四代BISS晶體管(BISS 4，表1)的全新架構是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(lèi)產(chǎn)品的應用拓展至一個(gè)更加誘人的領(lǐng)域。

　　兩種產(chǎn)品類(lèi)別——系列產(chǎn)品的架構和技術(shù)規格

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

　　第一類(lèi)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(lèi)產(chǎn)品架構(芯片設計、半導體襯底電阻、芯片金屬化、芯片/封裝連接)設計時(shí)遵循的唯一理念，其目的是在SMD封裝結構中獲得低至14 mΩ的飽和電阻。

　　第二類(lèi)是高速開(kāi)關(guān)類(lèi)雙極晶體管，除了降低飽和電阻RCEsat外，此類(lèi)器件還需要在快速開(kāi)關(guān)和存儲時(shí)間ts(大約140 ns)方面進(jìn)行改進(jìn)，以滿(mǎn)足高頻應用需求。此類(lèi)器件需要在規定的電阻和開(kāi)關(guān)時(shí)間之間取得平衡并確定優(yōu)先級。

　　這兩類(lèi)晶體管都非常重視以標準SMD(SOT23、SOT457/SC-74、SOT223、SOT89和SOT96/SO-8)作為產(chǎn)品封裝架構。這一理念不僅能夠滿(mǎn)足客戶(hù)多樣化的標準應用需求，同時(shí)也為量產(chǎn)提供了保證。

　　恩智浦首先針對通信和汽車(chē)電子領(lǐng)域的應用推出了20～60 V的產(chǎn)品，今后電壓范圍還會(huì )進(jìn)一步擴大到20～100 V。這兩類(lèi)晶體管產(chǎn)品(符合汽車(chē)應用的AECQ-101標準)采用不同的架構和設計方法來(lái)實(shí)現各自的技術(shù)規格，并且在器件的設計中設置了不同的優(yōu)先級。在此一個(gè)非常重要的問(wèn)題是，我們需要了解產(chǎn)品中哪些元件會(huì )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(huì )影響開(kāi)關(guān)時(shí)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合和注入元件。由于復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體襯底電阻、芯片設計以及封裝和互連技術(shù)。