二極管選型的15個關(guān)鍵要素

壓降：二極管的電流流過負載以后相對于同一參考點的電勢（電位）變化稱為電壓降，簡稱壓降。

導通壓降：二極管開始導通時對應的電壓。

正向特性：在二極管外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零。當正向電壓大到足以克服PN結(jié)電場時，二極管正向?qū)?，電流隨電壓增大而迅速上升。

反向特性：外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止狀態(tài)。反向電壓增大到一定程度后，二極管反向擊穿。

正向?qū)▔航蹬c導通電流的關(guān)系

在二極管兩端加正向偏置電壓時，其內(nèi)部電場區(qū)域變窄，可以有較大的正向擴散電流通過PN結(jié)。只有當正向電壓達到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V)以后，二極管才能真正導通。但二極管的導通壓降是恒定不變的嗎?它與正向擴散電流又存在什么樣的關(guān)系?通過下圖1的測試電路在常溫下對型號為SM360A的二極管進行導通電流與導通壓降的關(guān)系測試，可得到如圖2所示的曲線關(guān)系：正向?qū)▔航蹬c導通電流成正比，其浮動壓差為0.2V。從輕載導通電流到額定導通電流的壓差雖僅為0.2V，但對于功率二極管來說它不僅影響效率也影響二極管的溫升，所以在價格條件允許下，盡量選擇導通壓降小、額定工作電流較實際電流高一倍的二極管。

圖1 二極管導通壓降測試電路

圖2 導通壓降與導通電流關(guān)系

在我們開發(fā)產(chǎn)品的過程中，高低溫環(huán)境對電子元器件的影響才是產(chǎn)品穩(wěn)定工作的最大障礙。環(huán)境溫度對絕大部分電子元器件的影響無疑是巨大的，二極管當然也不例外，在高低溫環(huán)境下通過對SM360A的實測數(shù)據(jù)表1與圖3的關(guān)系曲線可知道：二極管的導通壓降與環(huán)境溫度成反比。在環(huán)境溫度為-45℃時雖導通壓降最大，卻不影響二極管的穩(wěn)定性，但在環(huán)境溫度為75℃時，外殼溫度卻已超過了數(shù)據(jù)手冊給出的125℃，則該二極管在75℃時就必須降額使用。這也是為什么開關(guān)電源在某一個高溫點需要降額使用的因素之一。

表 1 導通壓降與導通電流測試數(shù)據(jù)

圖3 導通壓降與環(huán)境溫度關(guān)系曲線

2. 額定電流、最大正向電流IF
額定電流IF指二極管長期運行時，根據(jù)運行溫升折算出來的平均電流值。目前最大功率整流二極管的IF值可達1000A。

是指二極管長期連續(xù)工作時，允許通過的最大正向平均電流值，其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為141左右，鍺管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以在規(guī)定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。例如，常用的IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。

3. 最大平均整流電流IO
最大平均整流電流IO：在半波整流電路中，流過負載電阻的平均整流電流的最大值。折算設(shè)計時非常重要的值。

4. 最大浪涌電流IFSM
運行流過的過量的正向電流。不是正常的電流，而是瞬間電流，這個值相當大。

5. 最大反向峰值電壓VRM
即使沒有反向電流，只要不斷地提高反向電壓，遲早會使二極管損壞。這種能加上的反向電壓，不是瞬時電壓，而是反復加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓，它的最大值是規(guī)定的重要因子。最大反向峰值電壓VRM指為避免擊穿所能加的最大反向電壓。目前最高的VRM值可達幾千伏。

6. 最大反向電壓VR
上述最大反向峰值電壓是反復加上的峰值電壓，VR是連續(xù)加直流電壓的值。用于直流電流，最大直流反向電壓對于確定允許值和上限值是很重要的。

7. 最高工作頻率fM
由于PN結(jié)的結(jié)電容存在，當工作頻率超過某一值時，它的單向?qū)щ娦詫⒆儾睢｜c接觸式二極管的fM值較高，在100MHz以上；整流二極管的fM較低，一般不高于幾千Hz。

8. 反向恢復時間Trr
當正向工作電壓從正向電壓變成反向電壓時，二極管工作的理想情況是電流能瞬時截止。實際上，一般要延遲一點點時間。決定電流截止延時的量，就是反向恢復時間。

9. 最大功率P
二極管中有電流流過，就會吸熱，而使自身溫度升高。最大功率P為功率的最大值。具體講就是加載二極管兩端的電壓乘以流過的電流。這個極限參數(shù)對穩(wěn)壓二極管，可變電阻二極管顯得特別重要。

10. 反向飽和漏電流IR
指在二極管兩端加入反向電壓時，流過二極管的電流，該電流與半導體材料和溫度有關(guān)。在常溫下，硅管的IR為nA（10-9A）級，鍺管的IR為mA（10-6A）級

11. 降額（結(jié)溫降額）
降額可以提高產(chǎn)品可靠性，延長使用壽命，根據(jù)溫度降低10℃壽命增加一倍的理論，下面列出了不同額定結(jié)溫的管子最小降額結(jié)溫數(shù)據(jù)。

12. 安規(guī)
在選型階段應該考慮到器件是否通過了安規(guī)認證，主要應該考慮功率器件。一般為各國廣泛接受的安規(guī)認證類型有UL（北美）、CSA（加拿大）、TUV（德國）、VDE等

13. 可靠性設(shè)計
正確選用器件及器件周邊的線路設(shè)計、機械設(shè)計和熱設(shè)計等來控制器件在整機中的工作條件，防止各種不適當?shù)膽蛘卟僮鹘o器件帶來損傷，從而最大限度地發(fā)揮器件的固有可靠性。

14. 容差設(shè)計
設(shè)計單板時，應放寬器件的參數(shù)允許變化的范圍（包括制造容差、溫度漂移、時間漂移），以保證器件的參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時，單板能正常工作。

15. 禁止選用封裝
禁止選用軸向插裝的二極管封裝、禁止選用Open-junction二極管。

O/J是OPEN JUNCTION的晶圓擴散工藝，在晶圓擴散后切片成晶粒，晶粒的邊緣是粗糙的，電性能不穩(wěn)定，需要用混合酸（主要成分為氫氟酸）洗掉邊緣，然后包以硅膠并封裝成型，可信賴性較差。

GPP是Glassivation passivation parts的縮寫，是玻璃鈍化類器件的統(tǒng)稱，該產(chǎn)品就是在現(xiàn)有產(chǎn)品普通硅整流擴散片的基礎(chǔ)上對擬分割的管芯P/N結(jié)面四周燒制一層玻璃，玻璃與單晶硅有很好的結(jié)合特性，使P/N結(jié)獲得最佳的保護，免受外界環(huán)境的侵擾，提高器件的穩(wěn)定性，可信賴性極佳。

O/J的散熱性沒有GPP的好，兩者本質(zhì)結(jié)構(gòu)截然不同:O/J芯片需要經(jīng)過酸洗后加銅片焊接配合硅膠封裝，內(nèi)部結(jié)構(gòu)上顯得比GPP的大；GPP芯片造的整流橋免去了酸洗、上硅膠等步驟，直接與整流橋的銅連接片焊接。內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯的比O/J芯片制造而成的小。才造成直觀的、習慣性的誤解。

GPP芯片和OJ芯片的綜合評價：

1、GPP芯片在wafer階段即完成玻璃鈍化，并可實施VR的probe testing，而OJ芯片只有在制得成品后測試VR。

2、VRM為1000V的GPP芯片，通常從P+面開槽和進行玻璃鈍化，臺面呈負斜角結(jié)構(gòu)(表面電場強度高于體內(nèi))，而OJ芯片的切割不存在斜角。

3、GPP芯片的玻璃鈍化分布在pn結(jié)部分區(qū)域(不像GPRC芯片對整個斷面實施玻璃鈍化，而OJ芯片對整個斷面施加硅橡膠保護。

4、GPP芯片由于機械切割的原因留下切割損傷層，而OJ芯片的切割損傷層可經(jīng)化學腐蝕去除掉。

5、GPP芯片采用特殊高溫熔融無機玻璃膜鈍化，Tjm及HTIR穩(wěn)定性高于用有機硅橡膠保護的OJ制品。

6、GPP芯片適合小型化、薄型化、LLP封裝，而OJ芯片適合引出線封裝。

在制作工藝上的區(qū)別：

（1）OJ的芯片必須經(jīng)過焊接、酸洗、鈍化、上白膠、成型固化烘烤等步驟,其電性（反向電壓）與封裝酸洗工藝密切相關(guān)，常規(guī)封裝形式為插件式。

（2）而GPP在芯片片制造工藝中已包含酸洗、鈍化。其電性由芯片片直接決定，常見封狀形式為貼片式。

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審核編輯 黃宇