[實用新型]永磁發電機專用高結溫低壓降可控硅芯片

有效

• 申請號: 201120112934.6
• 申請日: 2011-04-08
• 公開（公告）號: CN202150460U
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 程德明
• 申請（專利權）人: 程德明
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: H01L29/74;H01L29/06;H01L29/08;H02P9/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種永磁發電機電壓調節器專用的，具有高結溫低壓降二項優良特性的可控硅芯片的結構設計，屬半導體技術。?

背景技術

目前市場上，與車用三相交流永磁發電機配接的電壓調節器，均采用“三相可控硅共陽半控橋整流電路”來控制永磁發電機的輸出直流電壓，此技術方案在1995年11月15日公開的公告號CN2212850專利“汽車交流永磁發電機電壓調節器”中已闡明，該電路用三只整流芯片和三只可控硅芯片構成可控硅半控整流橋組，直接裝入永磁發電機中，形成一體化。整流芯片和可控硅芯片在工作中流過電流時，由于自身的壓降原因，會將產生大量的熱量，逐漸提高了芯片的溫度，當芯片產生的熱量與芯片通過散熱片發散出去的熱量平衡時，芯片的溫度就不再提高。由于永磁發電機內散熱條件惡劣，芯片往往工作在很高溫度狀態中，當溫度超過芯片的額定結溫(即芯片內PN結容許的最高工作溫度)時，芯片將失去其電特性功能，發電機當然無法對外正常供電，嚴重時會釀成意外事故。因此，降低芯片的壓降，以減少其發熱量，提高芯片的結溫，以增加其耐溫能力，是保證永磁發電機可靠工作的重要技術課題。?

現行國家標準QC/T706-2004《機動車用硅雪崩整流二極管技術條件》，對車用整流二極管芯片的額定結溫和峰值壓降已有詳細的技術規范，按此標準生產的整流二極管芯片已能滿足永磁發電機工作需要，本說明書不贅述。但是，車用可控硅管(或芯片)至今尚無國家或行業標準，處于空白狀態。可參照使用的有國家標準GB4940-85《普通晶閘管》，其中，以30安培晶閘管(可控硅)為例，該標準限定其額定結溫為≤100度，限定其峰值壓降≤2.4伏。永磁發電機一般都是組裝在內燃機附近，工作環境溫度比室溫高很多，而電壓調節器又裝入永磁發電機內部的狹小空間中，散熱更加困難。鑒此，現行的國家標準QC/T?774-2006《汽車交流發電機用電子電壓調節器技術條件》，規定了內裝式電壓調節器的環境溫度應以105度為考量標準，還規定電壓調節器“外殼溫度在160度時，工作時間不小于1小時，調節器應不失效”，可以推得，電壓調節器內可控硅芯片的額定結溫應≥160度。?

現實的技術背景造成了以下的困難：用符合國家標準GB4940《普通晶閘管》的可控硅芯片組裝成永磁發電機的電壓調節器后，根本不能滿足國家標準QC/T?774-2006《汽車交流發電機用電子電壓調節器技術條件》的要求。因為以上二個標準關于可控硅芯片額定結溫規定之相差為60度。理論計算和模擬試驗都表明，只有可控硅芯片峰值壓降≤1.0V時，才能確保電壓?調節器橋組散熱殼體溫度低于標準QC/T?774-2006《汽車交流發電機用電子電壓調節器技術條件》所要求的160度，此條件下，國家標準GB4940《普通晶閘管》規定的峰值壓降與實用可控硅芯片的峰值壓降二者之差多達1.4伏。申請人遍查國內所有可控硅芯片生產商，至今無一家能承諾可以生產額定結溫高于160度，峰值壓降低于1.0伏的可控硅芯片！所以，設計并生產車用高結溫低壓降可控硅芯片已成為高效、節能、廉價、輕便的永磁發電機生產和普及的瓶頸工程。從另一角度看，也只有在生產出高結溫低壓降的可控硅管芯后，才能參考制定我國關于車用可控硅的國家或行業標準。?

發明內容

為了能生產出額定結溫高于160度，峰值壓降低于1.0伏的可控硅芯片，本實用新型提供一套永磁發電機專用的高結溫低壓降可控硅芯片結構設計技術方案，能生產出滿足永磁發電機電壓調節器裝配可控硅半控整流橋組所用的合格產品。?

本實用新型解決以上問題的技術方案是1，根據單晶硅中硅原子本征激發規律，即溫度越高本征激發濃度越高，選用較高摻雜濃度的N型硅片，對應提高極限本征激發溫度，來提高可控硅芯片的額定結溫；2，改變傳統的“一正一負”成角工藝，為“雙負角”成角工藝，減小了高溫漏電流，降低了陰極電流密度；3，根椐可控硅芯片峰值壓降與芯片基區厚度的平方成反比的規律，選用超薄硅片，減少基區厚度來降低峰值壓降。?

以下就三點技術方案作詳細說明：?

1，根據單晶硅中硅原子本征激發規律，即溫度越高本征激發濃度越高，選用較高摻雜濃度N型硅片，對應提高極限本征激發溫度，來提高可控硅芯片的額定結溫。?