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1、 二極管發(fā)展?fàn)顟B(tài)及選型原則
1.1 二極管產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)

（1）信號(hào)二極管的發(fā)展趨勢：
1）表貼化：小信號(hào)二極管插件封裝基本淘汰，全部都是表貼封裝
2）小型化：SOT23向SOT323、SOT523、SOD52、SOD923、0402封裝演進(jìn)
3）平引腳：翼型引腳和彎角引腳向平引腳切換，散熱和通流性能更優(yōu)

另外，小型化發(fā)展還有兩種趨勢，即CSP（Chip ScalePackage）封裝和QFN（Quad Flat No-lead Packge）封裝。2者相比較而言，由于CSP封裝是芯片級(jí)封裝，與QFN相比具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1）具有小的寄生參數(shù)，對(duì)于RF應(yīng)用有更優(yōu)異的表現(xiàn)
2）高的封裝可靠性，能支持至少3次加工返工
3）由于封裝較小，更加能節(jié)約PCB面積

（2）功率二極管的發(fā)展趨勢：

SMX封裝：
通流能力增強(qiáng)：SMA通流能力達(dá)到2A；SMB通流能力到達(dá)4A；SMC通流能力達(dá)到5A；
引腳優(yōu)化：彎引角演進(jìn)為直引腳，散熱機(jī)器穩(wěn)定性更強(qiáng)
DPAK/D2PAK：對(duì)于200-400V整流二極管需求，可以選用此類封裝器件高度扁平化，另外可以選用SMPC封裝，通流能力更強(qiáng)。
TO-220/TO-247：
對(duì)于600V以上的二極管需求，主流推薦選用TO-220/TO-247封裝
插件封裝：
目前功率二極管推薦以TO-22和TO-247封裝為優(yōu)選封裝

1.2 選用原則
二極管物料分類

表1 二極管分類

PIN二極管
微波開關(guān)利用PIN管在直流正-反偏壓下呈現(xiàn)近似導(dǎo)通或斷開的阻抗特性,實(shí)現(xiàn)了控制微波信號(hào)通道轉(zhuǎn)換作用. PIN 二極管的直流伏安特性和PN結(jié)二極管是一樣的，但是在微波頻段卻有根本的差別。由于PIN 二極I層的總電荷主要由偏置電流產(chǎn)生。而不是由微波電流瞬時(shí)值產(chǎn)生，所以其對(duì)微波信號(hào)只呈現(xiàn)一個(gè)線性電阻。此阻值由直流偏置決定，正偏時(shí)阻值小，接近于短路，反偏時(shí)阻值大，接近于開路。因此PIN 二極對(duì)微波信號(hào)不產(chǎn)生非線性整流作用，這是和一般二極管的根本區(qū)別，所以它很適合于做微波控制器件。

因此，可以把PIN二極管作為可變阻抗元件使用。它常被應(yīng)用于高頻開關(guān)（即微波開關(guān)）、移相、調(diào)制、限幅等電路中。

普通的二極管由PN結(jié)組成。在P和N半導(dǎo)體材料之間加入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導(dǎo)體層，組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是PIN 二極管。正因?yàn)橛斜菊?Intrinsic)層的存在，PIN 二極管應(yīng)用很廣泛，從低頻到高頻的應(yīng)用都有，主要用在RF領(lǐng)域，用作RF 開關(guān)和RF保護(hù)電路，也有用作光電二極管(PhotoDiode)。PIN 二極管包括PIN光電二極管和PIN開關(guān)二極管。

選用時(shí)主要考慮到PIN二極管射頻特性參數(shù)與實(shí)際電路匹配，選擇時(shí)可選擇SOT、SOD等通用標(biāo)準(zhǔn)封裝；另外Infineon將逐步退出二極管市場，新選型不予考慮。

變?nèi)荻O管
選用時(shí)主要考慮偏壓范圍以及相應(yīng)的容值，在使用時(shí)所提供的電壓范圍對(duì)應(yīng)的變?nèi)荼葢?yīng)滿足要求。對(duì)于頻率發(fā)生器還要求在此電壓范圍內(nèi)的電容變化線性要好。另外電壓的變化不能超過器件的最大重復(fù)工作電壓。

快恢復(fù)二極管
1）選用時(shí)主要考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。
2）反向擊穿電壓VBR與反向重復(fù)工作電壓VRWM的選擇
一般情況下，VRWM=80%-85%VBR，對(duì)于VRWM的選擇，通常要求VRWM不小于3倍的線路的工作電壓
3）新選型禁止選用SMA/B/C封裝，推薦選用SMA/B/C-FL（直引腳表貼封裝），插件優(yōu)選TO-220/TO237等封裝，軸向插裝的禁止選用
4）最大平均正向電路IO、熱阻Rjc、最高節(jié)溫TjM的選擇

對(duì)于半導(dǎo)體器件來說，使用時(shí)產(chǎn)生的結(jié)溫與器件的可靠性有密切的關(guān)系，一般情況下，結(jié)溫每升高10-12攝氏度，器件的失效率要增加一倍。因此，在器件的選型時(shí)，應(yīng)盡量選用熱阻小，允許結(jié)溫高的器件；應(yīng)選擇通過相同正向電流測得溫升最小的器件。

整流二極管
選用時(shí)主要考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。普遍串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對(duì)截止頻率的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可，禁止選用Openjuction工藝的二極管，，禁止選擇軸向插裝的二極管。

肖特基二極管
選用時(shí)主要考慮最大整流電流、最大反向工作電流、封裝、抗浪涌電流，優(yōu)選表貼小型化封裝，禁止選用軸向插裝的二極管。

其它選項(xiàng)原則可以參考1501C快恢復(fù)二極管的選型。

開關(guān)二極管
1）選用時(shí)主要考慮正向額定電流、反向重復(fù)工作電壓、正向壓降及開發(fā)過程中的損耗等參數(shù)
2）最大平均正向電流IO、熱阻RJC、最高結(jié)溫TJM的選擇
對(duì)于半導(dǎo)體器件來說，使用時(shí)產(chǎn)生的結(jié)溫與器件的可靠性有密切的關(guān)系，一般情況下，結(jié)溫每升高10-12攝氏度，器件的失效率要增加一倍。因此，在器件的選型時(shí)，應(yīng)盡量選用熱阻小，允許結(jié)溫高的器件；應(yīng)選擇通過相同正向電流測得溫升最小的器件。
3）反向擊穿電壓VBR與反向重復(fù)工作電壓VRWM的選擇
一般情況下，VRWM=80%-85%VBR，對(duì)于VRWM的選擇，通常要求VRWM不小于3倍的線路的工作電壓
4）正向壓降VF與反向恢復(fù)時(shí)間Trr的選擇
對(duì)于開關(guān)二極管，影響二極管導(dǎo)通/截止（開關(guān)）速度的關(guān)鍵是由于非平衡載流子存儲(chǔ)效應(yīng)引起的反向恢復(fù)時(shí)間的存在。為了提高二極管的開關(guān)速度，人們制造能高速導(dǎo)通與關(guān)斷的二極管。除了對(duì)二極管圖形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還在工藝中采用摻金等措施，引入深能級(jí)雜質(zhì)，降低少子壽命，提高二極管的開關(guān)速度。

SiC二極管
1）SiC二極管比較成熟的產(chǎn)品有600V（650V）和1200V檔次，1700V SiC也在逐步推向市場，600V（650V）主要推薦選用DPAK封裝，1200V推薦選用TO-220或者TO-237
2）最早的SiC二極管是純肖特基結(jié)構(gòu)的，其優(yōu)點(diǎn)是Vf值比較低，但是抗浪涌能力很差，器件長期可靠性風(fēng)險(xiǎn)高，后續(xù)SiC主流廠家Cree等陸續(xù)推出JBS（Junction Barrier Schottky）結(jié)構(gòu)的SiC二極管，可以顯著提高抗浪涌能力，提高器件長期可靠性能。特別是在1200V SiC選型時(shí)，要特別注意器件的抗浪涌性能是否滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。目前擁有JBS結(jié)構(gòu)的廠家主要有Wolfspeed（Cree）、Infinenon、Rohm（2016年底推出的產(chǎn)品）

穩(wěn)壓二極管
1）在可能的情況下，應(yīng)選擇小微分電阻的器件
2）在可能的情況下，選擇低溫度系數(shù)的器件，但不主張選用低溫度系數(shù)的穩(wěn)壓二極管
3）設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮電壓的容差，即電壓的變化范圍應(yīng)盡可能的大

硅瞬態(tài)保護(hù)器件
1）電壓選擇：TVS管的最大鉗位電壓VCMAX不大于電路的最大允許安全電壓，最大反向工作電壓VRWM不大于電路的最大工作電壓，一般可選擇VRWM略大于電路工作電壓。
2）瞬態(tài)功率（電流）的選擇：額定的最大脈沖功率必須大于電路中出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率。在選擇用于保護(hù)的TVS管時(shí)，設(shè)計(jì)人員要計(jì)算回路中的脈沖時(shí)間（如RC回路的脈沖時(shí)間tp大約等于R*C），以確定選用的TVS管的脈沖功率。TVS管的峰值脈沖功率與脈沖持續(xù)時(shí)間有一定的關(guān)系，脈沖持續(xù)時(shí)間越大，峰值脈沖功率越小，反之則越大。
3）選用TVS管作為數(shù)據(jù)信號(hào)線的保護(hù)時(shí)，要考慮TVS管結(jié)電容對(duì)信號(hào)波形的影響，應(yīng)選用小結(jié)電容器件。另外也不應(yīng)單獨(dú)地強(qiáng)調(diào)減小電容，小電容的器件有一部分是以犧牲浪涌功率來獲得的，在選用時(shí)應(yīng)在結(jié)電容與浪涌功率兩者間綜合考慮。

2. 二極選型關(guān)鍵要素
2.1. 額定電流
額定整流電流IF指二極管長期運(yùn)行時(shí)，根據(jù)運(yùn)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(dá)1000A。

2.2. 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(fù)載電阻的平均整流電流的最大值。折算設(shè)計(jì)時(shí)非常重要的值。

2.3. 最大浪涌電流IFSM
運(yùn)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(gè)值相當(dāng)大。

2.4. 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(huì)使二極管損壞。這種能加上的反向電壓，不是瞬時(shí)電壓，而是反復(fù)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(dá)幾千伏。

2.5. 最大反向電壓VR
上述最大反向峰值電壓是反復(fù)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(duì)于確定允許值和上限值是很重要的。

2.6. 最高工作頻率fM
由于PN結(jié)的結(jié)電容存在，當(dāng)工作頻率超過某一值時(shí)，它的單向?qū)щ娦詫⒆儾?。點(diǎn)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。

2.7. 反向恢復(fù)時(shí)間Trr
當(dāng)正向工作電壓從正向電壓變成反向電壓時(shí)，二極管工作的理想情況是電流能瞬時(shí)截止。實(shí)際上，一般要延遲一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間。決定電流截止延時(shí)的量，就是反向恢復(fù)時(shí)間。

2.8. 最大功率P
二極管中有電流流過，就會(huì)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(gè)極限參數(shù)對(duì)穩(wěn)壓二極管，可變電阻二極管顯得特別重要。

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

2.10. 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?cái)?shù)據(jù)。

表2 二極管降額

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

2.11. 可靠性設(shè)計(jì)
正確選用器件及器件周邊的線路設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)等來控制器件在整機(jī)中的工作條件，防止各種不適當(dāng)?shù)膽?yīng)力或者操作給器件帶來損傷，從而最大限度地發(fā)揮器件的固有可靠性。

2.11. 容差設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)單板時(shí)，應(yīng)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(shí)間漂移），以保證器件的參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，單板能正常工作。

2.11. 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。

審核編輯 黃宇