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，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，極大地拓寬了此類器件的應用領域。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優勢，它在為開關應用帶來大功率低損耗解決方案的同時，也創造了新的應用領域。

　　關鍵詞：雙極晶體管;晶體管架構;BISS ;VCesat

　　近年來，雙極晶體管發展勢頭強勁。過去，大功率開關應用主要依靠MOSFET;現在，越來越多的應用領域(例如，消費電子和通信領域的便攜式設備的充電電路和負載開關)正日益采用雙極晶體管。其中的主要原因是：通過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——電流驅動問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勢可以再次得到發揮。

　　通過推出突破性小信號(BISS)晶體管系列，恩智浦(NXP)半導體取得了市場領導地位。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展的里程碑，它有助于將該類產品的應用拓展至一個更加誘人的領域。

　　兩種產品類別——系列產品的架構和技術規格

　　由于雙極晶體管電阻受多重因素影響，因此開發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。

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

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

　　恩智浦首先針對通信和汽車電子領域的應用推出了20～60 V的產品，今后電壓范圍還會進一步擴大到20～100 V。這兩類晶體管產品(符合汽車應用的AECQ-101標準)采用不同的架構和設計方法來實現各自的技術規格，并且在器件的設計中設置了不同的優先級。在此一個非常重要的問題是，我們需要了解產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。