中心议题:
新型双极性晶体管具备低VCEsat
双极性晶体管在温度稳定性、ESD强度和反向阻断方面具备优势
近年来,中功率双极晶体管在饱和电阻和功率范围上的重大突破,极大地拓宽了此类器件的应用领域。恩智浦最新推出的SMD封装中功率晶体管(BISS 4)再次显现出双极晶体管的技术优势,在为开关应用带来了开关损耗更小,效率更高的同时,也赢得了更多的市场空间。
简介
近年来双极晶体管复苏势头强劲。一直由MOSFET器件控制的大功率开关领域也出现了变化,在消费电子和通信便携式设备中,越来越多的充电电路和负载开关开始采用双极晶体管。其中的主要原因是:通过提高半导体芯片中的电流均衡分配,双极晶体管在降低饱和电阻方面取得了巨大成功,新器件可以获得更为稳定的大电流增益。双极晶体管电流驱动的先天不足被显著弥补,而在温度稳定性、ESD强度和反向阻断方面的优势再次得到肯定。
通过推出BISS(突破性小信号)晶体管系列,恩智浦半导体取得了市场领导地位。第四代BISS晶体管(BISS 4,表1)的全新架构是SMD中功率双极晶体管技术发展的里程碑,有力拓宽了双极晶体管的应用领域。
两种产品类型——系列产品的架构和技术规格
由于双极晶体管电阻受多重因素影响,开发新型中功率双极晶体管需要认真评估完整的晶体管架构(选材、芯片设计、芯片金属化、芯片/封装连接和封装架构)。第四代BISS双极晶体管系列共分两类。
第一类是超低VCEsat双极晶体管——旨在最大程度降低饱和电阻RCEsat。这也是此类产品架构设计时遵循的唯一理念(芯片设计、半导体衬底电阻、芯片金属化、芯片/封装连接),其目的就是在SMD封装结构中获得14 mΩ的低饱和电阻。
第二类是高速开关类双极晶体管,除降低饱和电阻RCEsat外,此类器件还需要在快速开关和存储时间ts(大约140 ns)方面进行改进,以满足高频应用需求。此类器件需要在规定的电阻和开关时间之间获取平衡,满足相关设计特性的要求。
这两类晶体管都非常重视产品封装,标准SMD封装形式包括:SOT23、SOT457/SC-74、SOT223、SOT89和SOT96/SO-8。这一理念不仅能够满足客户多样化的标准应用需求,同时也为量产提供了保证。
恩智浦此次针对通信和汽车电子领域推出了20 - 60 V产品,今后还有望开发出20 - 100 V的双极晶体管。
产品设计
这两类晶体管产品(符合汽车应用的AECQ-101标准)采用不同的架构和设计方法以满足不同的设计考量和技术规范要求。我们需要了解的是产品中哪些元件会对电阻和饱和电压造成影响,影响的程度有多大,以及哪些措施会影响开关时间特性
影响饱和电压的主要因素是电阻电压降以及复合和注入元件。由于复合和注入电压总和相对轻微,因此重点需要注意电阻元件,主要包括半导体衬底电阻、芯片设计以及封装和互连技术的电阻。