下一代低VCEsat双极晶体管

　　S. Habenicht D. Oelgeschläger B. Scheffler NXP半导体

　　摘要：近年来，中功率双极晶体管在饱和电阻及功率选择范围方面的重大改进，极大地拓宽了此类器件的应用领域。恩智浦最新推出的SMD封装型中功率晶体管BISS 4充分展示了双极晶体管的技术优势，它在为开关应用带来大功率低损耗解决方案的同时，也创造了新的应用领域。

　　关键词：双极晶体管;晶体管架构;BISS ;VCesat

　　近年来，双极晶体管发展势头强劲。过去，大功率开关应用主要依靠MOSFET;现在，越来越多的应用领域(例如，消费电子和通信领域的便携式设备的充电电路和负载开关)正日益采用双极晶体管。其中的主要原因是：通过提高半导体芯片中的电流均衡分布水平，人们可以降低饱和电阻，从而生产出电流增益又高又稳的器件。双极晶体管的先天不足——电流驱动问题至少可以得到充分缓解，而它在温度稳定性、ESD强度和反向阻断方面的优势可以再次得到发挥。

　　通过推出突破性小信号(BISS)晶体管系列，恩智浦(NXP)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封装型中功率双极晶体管发展的里程碑，它有助于将该类产品的应用拓展至一个更加诱人的领域。

　　两种产品类别——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，因此开发新型中功率双极晶体管需要认真检查完整的晶体管架构(选材、芯片设计、芯片金属化、芯片/封装连接、封装架构)。BISS 4产品系列共有两种不同的类别。

　　第一类是超低VCEsat双极晶体管——旨在尽量降低饱和电阻RCEsat。这也是此类产品架构(芯片设计、半导体衬底电阻、芯片金属化、芯片/封装连接)设计时遵循的唯一理念，其目的是在SMD封装结构中获得低至14 mΩ的饱和电阻。

　　第二类是高速开关类双极晶体管，除了降低饱和电阻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取得平衡并确定优先级。

　　这两类晶体管都非常重视以标准SMD(SOT23、SOT457/SC-74、SOT223、SOT89和SOT96/SO-8)作为产品封装架构。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。

　　恩智浦首先针对通信和汽车电子领域的应用推出了20～60 V的产品，今后电压范围还会进一步扩大到20～100 V。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来实现各自的技术规格，并且在器件的设计中设置了不同的优先级。在此一个非常重要的问题是，我们需要了解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，影响的到底是哪一部分特性。

　　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，影响它的因素主要包括半导体衬底电阻、芯片设计以及封装和互连技术。