01功率半導(dǎo)體器件

功率半導(dǎo)體器件，也就是我們說(shuō)的電力電子器件，是一種廣泛用于電力電子裝置的電能變換和控制電路方面的半導(dǎo)體元件。電力電子裝置的基本構(gòu)思是把連續(xù)的能量流切割成能量小包，處理這些小包并輸送能量，在輸出端使之重新成為另一種連續(xù)的能量流，而這些主要便是依靠功率半導(dǎo)體器件及特定的電路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下面列舉了電力電子器件的一些應(yīng)用場(chǎng)合：

功率半導(dǎo)體按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行如下分類：

①按照控制特性分類

不控型器件：即正向?qū)ǚ聪蜃钄啵绯Ｒ?jiàn)的功率二極管；

半控型器件：除了正負(fù)極，還有控制極，一旦開(kāi)通無(wú)法通過(guò)控制極(柵極)關(guān)斷，這類主要是指晶閘管(Thyristor)和它的派生器件；

全控型器件：可通過(guò)柵極控制開(kāi)關(guān)，常見(jiàn)的有雙極結(jié)型晶體管(BJT)、柵極關(guān)斷晶閘管(GTO)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等等。

②按照載流子性質(zhì)不同分類

雙極型：即電子和空穴同時(shí)參與導(dǎo)電，常見(jiàn)的有BJT、GTO；

單極型：只有電子或者空穴的一種載流子參與導(dǎo)電，常見(jiàn)的有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)、MOSFET、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)等；

混合型：常見(jiàn)的有IGBT、電子加強(qiáng)注入型絕緣柵晶體管(IEGT)等。

③按照驅(qū)動(dòng)方式分類

電流型控制器件：主要是可控硅(SCR)、BJT、GTO；

電壓型控制器件：以MOSFET和IGBT為主；

光控型器件：以光控晶閘管為主要代表。

④按照不同的制備材料分類

主要分為硅器件，以及以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為主的寬禁帶器件。

不同的應(yīng)用場(chǎng)合根據(jù)所需半導(dǎo)體器件的電流電壓等級(jí)來(lái)選擇器件的種類。

02、功率器件封裝介紹

封裝是溝通芯片和外部電路的橋梁，其主要功能有：

①實(shí)現(xiàn)芯片和外界的電氣連接；

②為芯片提供機(jī)械支撐，便于處理和焊接；

③保護(hù)芯片，防止環(huán)境的物理或化學(xué)損傷；

④提供散熱通道。

半導(dǎo)體器件的功率大小是決定其封裝類型的主要依據(jù)，下面給出了幾種主要功率器件封裝的g功率范圍：

分立式(Discrete)封裝普遍應(yīng)用于小功率范圍。這種封裝的器件要焊接到印刷電路板上。由于其功率損耗相對(duì)較小，散熱要求不太高，這種封裝的設(shè)計(jì)大多不采用內(nèi)部絕緣，因而每個(gè)封裝中只能有一個(gè)開(kāi)關(guān)。晶體管大多數(shù)采用這種類型的封裝，因此稱之為"晶體管外形"(TO，Transistor Outline)封裝，如TO-220和TO-247比較流行的TO封裝形式。

分立式封裝的設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)如下功能：

①負(fù)載電流和控制信號(hào)的傳導(dǎo)；

②散熱；

③保護(hù)器件不受環(huán)境影響；

MOSFET是采用TO封裝最常見(jiàn)的功率器件。對(duì)于MOS，目前已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)通電阻Ron的大幅降低。于是TO封裝的缺陷就逐步凸顯出來(lái)了，TO封裝的寄生電阻和Ron有著相同大的數(shù)量級(jí)。由于PCB的通孔是標(biāo)準(zhǔn)的，且需要滿足和保持引線間的最小絕緣距離要求，所以不能簡(jiǎn)單的通過(guò)對(duì)引腳的截面積加粗，但可以蓋面截面積的形狀來(lái)降低引腳的寄生電阻

TO封裝的另一個(gè)弱點(diǎn)是，為了減小成本而基本采用鋁線連接。要改善電阻損耗只有加粗導(dǎo)線或者增加引線數(shù)量，但是這樣一來(lái)，雜散電感又是一個(gè)問(wèn)題。所以，為了盡可能高效地利用有限地PCB空間，IC器件地便面貼裝技術(shù)(SMT)也被用到了小功率器件，主要有SOT、SOP等封裝類型，如：

中大功率的應(yīng)用則由單管向模塊封裝發(fā)展。單管和模塊各有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用場(chǎng)景和具體需求不同而使兩者依舊在朝前發(fā)展。

分立式封裝中還有一種叫作壓接封裝(Press Packs)或餅形封裝(Capsules)的，主要應(yīng)用于功率模塊尚不能達(dá)到的高功率范圍。在極高功率范圍，功率芯片的大小可以是一個(gè)整晶圓，所以具有圓形管腳的培養(yǎng)皿型封裝是圓形芯片的理想封裝形式。

為了均衡壓力，避免出現(xiàn)壓力峰值，鬼期間裝在兩塊金屬片之間。鉬因其高硬度和良好的熱膨脹系數(shù)則成為最理想的金屬材料。硅芯片在陽(yáng)極一側(cè)與一塊鉬圓盤(pán)底座剛性地?zé)Y(jié)在一起，然后在陰極一側(cè)壓接到第二個(gè)鉬圓片上，使芯片處于封裝內(nèi)部中央對(duì)準(zhǔn)地位置。

審核編輯黃昊宇