晶体参考资料教材.docx

1、晶体参考资料教材 晶体零件教材 前 言 Page 前言 晶体类零件是MONITOR整机上的核心零件，由于大多数硅材料制成的半导体器件，而硅以晶体结构存在故由硅制成的二极管，三极管等元器件被归入晶体类零件。目前晶体类零件包括：二极管（93A），三极管（57A），集成电路（56A），晶体振荡器（93A22-*）。晶体类零件大多为主动元件，即对施加的电压或电流具有非线性的控制作用，是完成MONITOR线路设计的核心零件。 晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 Page 一 定义：具有单向导电性的两端元件。二 符号及主要参数：1、 符号：普通二极管： 稳压二极管 肖特基二极管：2、主要参数：VF-正向电

2、压； IR-反向漏电流； VZ-稳定电压三二极管分类1 按制造工艺可分为：A SILICONE COATED RECTIFIERS 普通塑封二极管B GLASS PASSIVATED PELLET RECTIFIERS （GPP） 玻璃钝化二 极管C SINTERED GLASS RECTIFIERS D IMPLOSION RECTIFIERS 玻璃封装二极管2 按作用可分为：A 整流二极管 93A50/52-*，在线路中起整流作用。B 开关二极管 93A60/64/1020-*，起单向开关作用C 稳压二极管 93A39-* 小电流下利用反向雪崩击穿效应产生稳压作 用。D 发光二极管 81A

3、-* 利用半导体的光电效应起发光指示作用。 晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 Page 四. 主要电气参数的定义常见二极管正反向U-I曲线： IF VR(VZ) VF IR(IZ)1 IF：正向电流，一般定义为该二极管可连续承受的额定正向电流， 不作为可直接测试值。2 VF：正向压降，一般是指在规定正向电流IF下量取的正向电压，VF通常与材料有关，通常PN结两边（P区和N区）掺杂浓度比越大，VF也越大，而肖特基类型的二极管由于势垒区的势垒高度较小通常VF较小。3 IR：反向漏电流，一般是指在规定的反向电压VR下流过二极管的反向电流。IR通常与制造工艺有关，理想的二极管其漏电流是由于PN结的少

4、子漂移所引起，其值与温度关系较大。通常温度每上升10 C IR增加一倍。而实际IR的组成除少子漂移外还与PN结形成及二极管组装工艺中杂质的引入有较大关系。 晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 PageVR：反向耐压，通常是指在规定的反向漏电流IR下二极管所承受的反向耐电压，与IR类似，VR与制造工艺及材料有关，一般肖特基二极管的反向耐压大多 = t(ns) 0.25A t(ns)1A 晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 Page造成此现象的原因是空间势垒区的电容效应所致。测试方法如上图所示，在二极管两端施加A波形电流，量取二极管两端的电流波形如图 B，则从IR=0点到IR=0.25A点所需要的

5、时间即定义为反向恢复时间， 目前也有其他的测试条件及测试判据但与上述方法仅数值上差异，基 本方法一致。四 二极管的构造及原材料 目前主要有以下四种构造：1 SILICONE COATED RECTIFIERS2 GLASS PASSIVATED OELLET RECTIFIERS3 SINTERED GLASS RECTIFIERS4 IMPLOSION RECTIFIERS 其制造材料主要为： 1 DICE-硅制成的PN结芯片2 引脚-铜质引线3 封装材料-树脂/玻璃4 内部SILICON（硅胶）及MOLY等引线材料。五 制造流程及品管重点 晶体零件教材第一章: 晶体二极管 Page 流程：

6、 品管重点： 单晶硅 硅的纯度会影响各项电气参数的一致性。基片 掺杂 直接形成各项电气参数，其制程控制对二极 管品质影响极大。切割 影响芯片的机械性能。组装 焊接 影响可靠性，焊接不良会造成外力作用 下电参数变化 酸洗 清洗不干净或引入杂质易引起IR偏大。 晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 Page上胶 作用在于密封PN结芯片防止潮气侵入及 内部杂质的移动引起IR增大同时也可增 强机械强度封装 以树脂包封材料固定二极管本体。测试 区分出正确极性。印字 标示正确的型号及极性 包装出货 晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 Page六 常见之信赖性实验A 高温下反向峰值电流 条件：T=Tambma

7、x（正常工作的最高温度） Vrm=Vrrm （反向峰值电压） 测试：漏电流 Irm2B 正向浪涌电流 条件：以Ifsm正弦半波50HZ冲击一次。 测试：Vfm,Irm1C 引脚拉力及弯曲实验D 热冲击试验 条件：0C-100C间循环10次 测试：Vfm,Irm1E 耐湿性 条件：85+/-3C，85+/-5%持续500H 测试：Vfm,Irm1F 电耐久性（高温反偏） 条件：高温反偏（塑封-100+/-5C，玻封-150+/-5C，Vrm=Vrrm+/-5%） 测试：Vfm,Irm1G 标志耐久性 条件：GB4937/4.2方法2 晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 Page 测试：GB493

8、7/4.2H 其他项目1 易燃性：GB4937/4.12 耐焊接热：260+/-5C 10S3 温度循环：-40+/-5C Tstgmax 10次4 蒸汽加压：121C 202Kpa 10H5 高温储存：Tstgmax 1000H15均测试Vfm,Irm1试验前后变化率作为判据。 晶体零件教材 第二章: 晶体三极管 Page一 定义：具有电流（压）控制功能的三端元件。二 符号： NPN 型三极管 PNP型三极管 三 电参数通常双极性三极管具有：Vceo,Vcbo,Vebo,Iceo,Icbo,Iebo,Hfe1(2),Vbe(on),Vce1(2),Cob,Ft etc.场效应管（FET）具有

9、：Vdss,vgs(th),Rds(on),Gfs,Igss,Idss,Ciss,Coss,Crss,Vgss,Vds(on) etc.上述V*通常为耐压或饱和压降。I*通常为漏电流。C*为等效电容。Hfe为放大倍数。Cob 为结电容Ft工作频率带宽。Rds(on)为导通阻抗Gfs为导通跨导。具体定义可参考相关资料。四 主要分类A 按结构可分为：双极型三极管，FET场效应管及达灵顿复合管等。 PNP 型三极管 双极型三极管 NPN 型三极管 晶体零件教材 第二章: 晶体三极管 Page N-CHANEL FET 场效应管（FET） P-CHANEL FETB 按MONITOR使用的用途又可分为

10、：电源开关管，行管，开关管，视放管，行推动管等等。场效应管（FET）是一种具有正向受控作用的半导体器件，有结型场效应管（JFET），绝缘栅型场效应管（IGFET）两种。 N-CHANEL-N沟道FET JFET P-CHANEL-P沟道FET MOSFET-金属-氧化物-半导体FET IGFET MNSFET-金属-氮化物-半导体FET 增强型-N沟道增强型FET N-CHANEL 耗尽型-N沟道耗尽型FET IGFET 增强型-P沟道增强型FET P-CHANEL 耗尽型-N沟道耗尽型FET 晶体零件教材 第二章: 晶体三极管 Page五三极管制造流程三极管及集成电路中,各种元器件及其相互的

11、连线都是按照统一的工艺流程制造。该标准工艺流程是根据NPN型晶体三极管的制造过程进行编制的。基本流程如下： 掩埋层N+扩散 外延生长 隔离P+扩散 基区P扩散 发射区N+扩散 薄膜淀积。 A 掩埋层N+扩散： P型基片（衬底）形成N+掩埋层。 P型硅片 P型硅片 Sio2 衬底氧化表面形成一层具有一定厚度的SIO2N+区P型 硅片 P型硅片 光刻形成掩埋层窗口进行N+扩散在扩散窗口的区域形成N+掩埋 层。（扩散温度越高及时间越长掩埋层的厚度越厚） B 外延生长在温度1000C-2000C的反应炉内进行，其作用为在P型衬底上生成一层N型杂质半导体，作为NPN型三极管的集电区。外延层的厚度和掺杂浓

12、度决定了三极管的反向击穿电压V(br)ceo的大小。一般的，掺杂浓度越低，外延生长层越厚，V(br)ceo越大。 N区N+区N+区P型 硅片P型 硅片C. 形成隔离区 晶体零件教材 第二章: 晶体三极管 Page1. P+扩散隔离：通过氧化，光刻和P+扩散将外延生长层划分成一个个彼此电绝缘的隔离区，通常各种元件就制造在各自的隔离区内，隔离区也可称为隔离岛。电绝缘的实现：在电路中衬底接在最负的电位上，因此各N型隔离岛与P型衬底间形成的PN结反偏。但由于PN结在反偏时的结电容效应及漏电流使这种工艺无法用在高频应用领域内。 2 介质隔离：即利用SIO2作为隔离岛周围的绝缘层。主要工艺过程为：N型硅片

13、外延生长生成N+掩埋层覆盖在硅片上利用化学腐蚀形成凹槽氧化生成SIO2膜覆盖在硅片上外延生长形成多晶硅覆盖层研磨，将N型硅片的背面进行研磨一直磨到多晶硅为止，至此即形成一个个由二氧化硅形成的隔离岛。 研磨掉该技术比较完善，但工艺复杂，成品率低，一般在高性能集成电路中采用。 晶体零件教材 第二章: 晶体三极管 PageC 基区P扩散其主要过程为在每个隔离岛内通过氧化，光刻和P扩散形成NPN型三极管的基区，通常基区深度为13umP P+ N N P+ P型衬底 P+ N P+ P型衬底4 N+ N+ D 发射区扩散主要过程为在基区内通过氧化，光刻和N+扩散形成NPN型三极管的发射区。发射区深度为0.252.5um，发射区N+扩散的同时形成集电极的引线区。 P+ N N N P+ P型衬底PPP N+E 薄膜淀积主要作用为完成晶体三极管各引线和元器件之间的连线，在这个工艺过程中，先通过氧化和光刻开出各引线窗口，然后在整个片子表面淀积一层铝（部