01功率半導體器件

功率半導體器件，也就是我們說的電力電子器件，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體器件及特定的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。下面列舉了電力電子器件的一些應用場合：

功率半導體按照不同的分類標準可以進行如下分類：

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姷墓β?a href="http://www.makelele.cn/tags/二極管/" target="_blank">二極管；

半控型器件：除了正負極，還有控制極，一旦開通無法通過控制極(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：可通過柵極控制開關(guān)，常見的有雙極結(jié)型晶體管(BJT)、柵極關(guān)斷晶閘管(GTO)、金屬氧化物半導體場效應晶體管(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：即電子和空穴同時參與導電，常見的有BJT、GTO；

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

混合型：常見的有IGBT、電子加強注入型絕緣柵晶體管(IEGT)等。

③按照驅(qū)動方式分類

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。

不同的應用場合根據(jù)所需半導體器件的電流電壓等級來選擇器件的種類。

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實現(xiàn)芯片和外界的電氣連接；

②為芯片提供機械支撐，便于處理和焊接；

③保護芯片，防止環(huán)境的物理或化學損傷；

④提供散熱通道。

半導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較小，散熱要求不太高，這種封裝的設(shè)計大多不采用內(nèi)部絕緣，因而每個封裝中只能有一個開關(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)計需要實現(xiàn)如下功能：

①負載電流和控制信號的傳導；

②散熱；

③保護器件不受環(huán)境影響；

MOSFET是采用TO封裝最常見的功率器件。對于MOS，目前已經(jīng)成功實現(xiàn)了對導通電阻Ron的大幅降低。于是TO封裝的缺陷就逐步凸顯出來了，TO封裝的寄生電阻和Ron有著相同大的數(shù)量級。由于PCB的通孔是標準的，且需要滿足和保持引線間的最小絕緣距離要求，所以不能簡單的通過對引腳的截面積加粗，但可以蓋面截面積的形狀來降低引腳的寄生電阻

TO封裝的另一個弱點是，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線或者增加引線數(shù)量，但是這樣一來，雜散電感又是一個問題。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：

中大功率的應用則由單管向模塊封裝發(fā)展。單管和模塊各有優(yōu)勢，應用場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，主要應用于功率模塊尚不能達到的高功率范圍。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。硅芯片在陽極一側(cè)與一塊鉬圓盤底座剛性地燒結(jié)在一起，然后在陰極一側(cè)壓接到第二個鉬圓片上，使芯片處于封裝內(nèi)部中央對準地位置。

審核編輯黃昊宇