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作者：香雪茶 做模擬電路的工程師，都有過(guò)使用晶體管（場(chǎng)效應管也是晶體管中的一種）、運放的經(jīng)驗和體會(huì )。尤其是在設計時(shí)，更會(huì )對晶體管的一些電參數進(jìn)行測試和考量。在測試時(shí)，許多人對晶體管電參數的實(shí)測值與規格書(shū)所提供的規范值，為什么會(huì )有很大差異，感到不可思議。有時(shí)，一些工程師會(huì )用實(shí)測值來(lái)要求供應商，也有一些工程師會(huì )把一些特殊參數作為常規參數進(jìn)行處理。這樣的后果就是整機產(chǎn)品一致性、重復性差，嚴重時(shí)還會(huì )出現達不到設計指標，更有甚者是在生產(chǎn)中出現大量損壞電子元器件的異常。此時(shí)，許多工程師都會(huì )把眼光釘住那些損壞的晶體管上，以為是晶體管的質(zhì)量問(wèn)題，導致的異常。殊不知晶體管的損壞，只是一個(gè)表面現象，而深層次的原因，往往是設計師自己造成的。引起這些問(wèn)題的原因有很多，對工程師而言，在選用元器件時(shí)，對半導體器件電參數的片面理解，或許是個(gè)重要因素。 晶體管的電參數，在常規情況下可分為極限參數、直流參數（DC）、交流參數（AC）等。但在實(shí)際的使用中，我發(fā)現還有許多想測而無(wú)法測量到的參數，為使工作方便，我便稱(chēng)其為“功能參數”。分別述之： 一、極限參數 所謂極限參數，是指在晶體管工作時(shí)，不管因何種原因，都不允許超過(guò)的參數。這些參數常規的有三個(gè)擊穿電壓（BV）、最大集電極電流（Icm）、最大集電極耗散功率（Pcm）、晶體管工作的環(huán)境（包括溫度、濕度、電磁場(chǎng)、大氣壓等）、存儲條件等。在民用電子產(chǎn)品的應用中，基本只關(guān)心前三個(gè)。 1、 晶體管的反向擊穿電壓 定義：在被測PN結兩端施加連續可調的反向直流電壓，觀(guān)察其PN結的電流變化情況，當PN結的反向電流出現劇烈增加時(shí)，此時(shí)施加到此PN結兩端的電壓值，就是此PN結的反向擊穿電壓。 每個(gè)晶體管都有三個(gè)反向擊穿電壓，分別是：基極開(kāi)路時(shí)集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓（BVceo）、發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電極—基極反向擊穿電壓（BVcbo）和集電極開(kāi)路時(shí)基極—發(fā)射極反向擊穿電壓。 此電參數對工程設計的指導意義是：決定了晶體管正常工作的電壓范圍。 由此電參數的特性可知，當晶體管在工作中出現擊穿狀態(tài)，將是非常危險的。因此，在設計中，都給晶體管工作時(shí)的電壓范圍，留有足夠的余量。實(shí)際上，當晶體管長(cháng)期工作在較高電壓時(shí)（晶體管實(shí)測值的60%以上），其晶體管的可靠性將會(huì )出現數量級的下降。有興趣的可以參考《電子元器件降額準則》。 許多公司在對來(lái)料進(jìn)行入庫檢驗時(shí)發(fā)現，一些品種的反向擊穿電壓實(shí)測值要比規格書(shū)上所標的要大出許多。這是怎么回事呢？ 晶體管在生產(chǎn)制造過(guò)程中，與一些我們常見(jiàn)的生產(chǎn)完全不一樣。在晶體管的生產(chǎn)過(guò)程中，可以分成二大塊：芯片制造和封裝。在工程分類(lèi)中，習慣把芯片制造統稱(chēng)為 “前道”，而把封裝行業(yè)統稱(chēng)為“后道”。在前道生產(chǎn)中，從投料開(kāi)始選原材料，到芯片出廠(chǎng)，一切控制數據，給出的都是范圍。芯片在正常生產(chǎn)時(shí)，投料的最小單位是“編號批”，每批為24或25片4英寸到8英寸直徑的園片。就以4寸片為例，每片可出合格的晶體管只數少則上千，多則可近10萬(wàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，最小生產(chǎn)單位是“擴散批”，一個(gè)擴散批所投的園片從150片到250片之間�？梢韵胂蟪�，在芯片的前道生產(chǎn)中，每次投料，對以單只來(lái)計算的晶體管而言，是一個(gè)什么樣的數量概念。不說(shuō)別的，要讓一個(gè)擴散批所有的材料，具有相同的電特性（這里，也可以說(shuō)是硅片的電阻率），是不可能的。加上硅片中，不可避免的會(huì )有一些固有的缺陷（半導體晶格的層錯和位錯），使得在幾乎相同環(huán)境中生產(chǎn)出的同一品種的晶體管，不可能具有完全相同的電特性。這樣只能給出一個(gè)大家都能接受的范圍，這就是產(chǎn)品規格書(shū)。 為了提高生產(chǎn)效率，現在許多芯片廠(chǎng)都把芯片的“免測率”作為生產(chǎn)線(xiàn)工序能力的一項重要考核指標。所謂的“免測”，是指產(chǎn)品的參數靠設計、工序控制來(lái)達到，加工結束后，通過(guò)抽測部分相關(guān)點(diǎn)的參數，來(lái)判斷此片的質(zhì)量情況。當此片的抽測合格率在96%以上時(shí)，就把此片芯片列入“免測片”。要使晶體管芯片達到免測試，就必須對其中的一些參數進(jìn)行“余量放大”。而晶體管的反向擊穿電壓就是重點(diǎn)之一。為了提高晶體管的反射擊穿電壓，芯片投料時(shí)，就會(huì )對材料進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的考慮是在最差的工藝加工情況下，所生產(chǎn)出的晶體管反向擊穿電壓也要比規格書(shū)高10~20%，而在生產(chǎn)控制時(shí)，為了達到生產(chǎn)工藝設計時(shí)的指標，又會(huì )考慮在最差的情況下，使產(chǎn)品能夠達到設計要求，這樣，就使已經(jīng)被放大過(guò)一次的指標再次被大10~20%。這樣，就使原來(lái)只要求反向擊穿電壓達到20~30V的晶體管，在實(shí)測時(shí)，部分就能達到60V以上，甚至更高。這就是為什么有時(shí)一些晶體管的反向擊穿電壓實(shí)測值會(huì )遠大于規格書(shū)的原因。盡管一些晶體管的反向擊穿電壓值遠大于規格書(shū)，那么，是否就可以以實(shí)測值來(lái)作為使用的依據呢？回答是否定的。 這是因為，所有的晶體管測試程序，都是以規格書(shū)上所提供的參數范圍，來(lái)作為差別晶體管合格與否的標準。對反向擊穿電壓而言，只要比規格書(shū)上所規定的值大，就判為合格。如果你測量到的反向擊穿電壓要遠高于規格書(shū)，不要以為供應商以后發(fā)給你的貨，都是具有與此相同的電壓特性，供應商所提供的商品，永遠只會(huì )承諾以規格書(shū)為準，也只能是以規格書(shū)為準提供商品。規格書(shū)上所承諾的，是實(shí)際的，而其它，都是虛的。因此，建議在設計選型時(shí)，一定要以規格書(shū)為準，并留下足夠的余量，而不是以實(shí)物的測試值為準。 在一些高反壓晶體管的規格書(shū)上，有些反向擊穿電壓以BVcer和BVcbr來(lái)表述。此種表述的含義是： BVcer ——基極與發(fā)射極之間，接有一只KΩ量綱的電阻，其它測試原理、測試條件與BVceo相同。同樣，BVcbr在測試晶體管的C-B結的反向擊穿電壓時(shí)，其晶體管的發(fā)射極不是懸空，而是通過(guò)一只KΩ量綱的電阻接到“零電位”。晶體管的反向擊穿電壓高低的排列是： BVcbo≥BVcbr>BVcer>BVceo。 |
