晶体管原理课程设计报告

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1、目 录一、设计方案21功能（应用方向）22对器件的要求23指标分析2二、设计报告4基片及纵向工艺参数的选择：42基本图形和横向尺寸的选择：93.版图设计11（1）版图制作:11（2）版图参数设计144.工艺流程155.封装形式的选择（资料）256.成品测试条件及典型结果307.可靠性设计318.预期结果及结果验算（理论验算）339.晶体管课设心得体会3610. 参考文献36一、设计方案【400MHz 9W硅NPN超高频功率晶体管设计方案】1功能（应用方向）随着工农业生产和国防建设的发展，在通信、电视、自动控制和遥测、遥控等方面需要的高频大功率晶体管数目日益增多，参数水平也越来越高。（仪器类型)

2、 通讯机 （应用类型） 甲类功率放大器 （具体位置） 末级功率输出 请具体说明你所选方案的功能： 1、覆盖结构，散热好； 2、G1 型封装； 3、功率晶体管图示测试仪； 4、加钝化技术，加一块光刻板； 5 、采用硼磷扩散，实现NPN结构； 6、采用镍镉镇流电阻防止电压二次击穿 2对器件的要求此PNP/NPN超高频功率晶体管在电路中的大多用于甲、乙、丙类工作状态，但在本次设计中我们把它设定运用在甲类工作状态，并应用于共射级形式，因此其基本参数指标为：f = 400 MHz ； PO = 9 W ； Kp = 5 dB ；Vcc = 12 V ； = 40% 3指标分析（1）集电极维持电压(Vsu

3、s)在共射级甲类运用的条件下，晶体管的集电极-发射极间要承受的电压峰值为2Vcc.所以，为了保证晶体管能安全的工作，集电极维持电压应为 Vsus 2Vcc = 24 V（2）最大集电极电流（Icm）晶体管在甲类工作时，最大集电极电流应为Ic m 4PO/Vcc = 3 A下面我们按照Ic m = 3 A进行设计。（3）最大耗散功率（Pcm）根据设计指标，PO = 9 W, = 40% ，电源提供的直流功率应为PD = PO/= 22.5 W为使在负载开路、短路、失谐的情况下，晶体管仍能安全地承受电源提供的全部直流功率，因此，最大耗散功率定为：Pcm = PD = 22.5 W（4）热阻对于硅材

4、料，最高结温Tjm为Tj m = 6400/（10.45+lnc） 式中c为外延材料的电阻率。由式可见，当外延集电区电阻率c200。考虑到降低最高结温有利于晶体管的可靠性和稳定性，故选取Tj m=175，同时选取环境温度Ta=25。由此得到的晶体管热阻为RT = (Tj m-Ta)/ Pc m= 6.67 /W（）高频优值和特征频率在工作频率为 400 MHz,若要满足KP 3.2 倍，则高频优值 5.121017 。根据fT的选取原则，工作频率f= 400 MHz。结合制作工艺的限制，因此取fT = 700 MHz比较合适，则 5.410-11 S 综合上面的分析结果，得到主要参数指标如下：

5、V sus 24 V ； Icm = 3 A ； Pcm = 22.5 W ；RT = 6.67 /W ； fT = 700 MHz ；KPf2 5.121017 Hz2 5.410-11 S。综合以上分析，在设计过程中，应该着力解决以下两对矛盾：一是高频率和大功率的矛盾，二是设计指标与加工难度的矛盾。对于前者，在晶体管处于大注入工作状态时，会产生集电极电流集边效应、基区电导调制效应和基区宽变效应等，以上效应会对基区渡越时间B进而对特征频率fT产生影响；对基区电阻rb、有效基区宽度Wb、集电极电容等等均会有所改变；此外，设计指标中，为了使功率晶体管既能达到比较高的设计使用指标要求，同时又要考虑

6、到加工难度不能过高，要符合目前的加工工艺水平，这就要求对各方面要求要综合考虑，找到最优方案。二、设计报告基片及纵向工艺参数的选择：纵向结构参数主要是指结深、基区宽度、外延材料的电阻率和厚度以及各区中杂质的表面浓度和薄层电阻，下面分别进行估算。（1）集电极外延材料电阻率的选取集电区外延材料杂质浓度Nc主要由集电结击穿电压决定，据集电极维持电压Vsus= 24 V的要求，由式,对于硅npn平面型晶体管，取n= 4，= 80 ，可算得 72 V。根据图1 图1 可以知道，为满足击穿电压的要求，外延材料杂质浓度应低于 81015 /。我们初步选取Nc= 41015，相应的材料电阻率在= 1 。根据图2

7、 图2对于平面浅结器件，若选取浓基区结深为 2 m, 图3从图3可知，实际器件的击穿电压约为= 80 V。由于在结的表面区较低，故现在能满足集电极维持电压的指标要求。此外，根据理论分析知道，在高频区工作，的频率特性是按6dB/倍频规律下降的，所以根据式，若假设n=4，=600MHz，=400MHz。可以知道，取Nc= 时，在高频区工作，有可能扩大工作区范围。如果击穿电压的指标要求较低，那么选用的集电区外延材料的电阻率也可以降低。（2）基区宽度的选取根据前面所述基区宽度的选取原则，可以知道，对于f=400MHz，采用磷硼扩散工艺制作的高频大功率晶体管，基区宽度的最小值可以选取为0.5m，最大值受

8、指标限制根据工艺技术水平的实际情况，可以在这个范围里选取适当的数值。作为近似估算，假设基区渡越时间等于其它各个时间常数之和，则基区宽度为= 0.6610-4 取= 4 ，NB= 101018 /cm3,查图4图4可知，从而可以计算出Dnb，代入上式即可得Wb。（3）发射极和集电极结深的选取由于采用磷硼扩散工艺，在基区宽度取为 0.6 m情况下，必须考虑基区下陷效应的影响。如果令 0.6 ，并假定基区下陷深度，基区宽度为 。因已经选取= 0.6 m，= 0.6 m，集电极结深= / 0.6 = 1 m。（4）淡基区（低掺杂浓度基区的简称）扩散、发射区扩散的表面杂质浓度的选取选定淡基区扩散表面杂质

9、浓度的基本原则，是兼顾基极电阻与发射极效率之间的关系，通常按实践经验确定。我们选淡基区硼扩散薄层电阻 150 /.由Nc= 41015 /cm3，Xjc= 110-4 cm ，扩散层平均电导率 = 6.67 (cm)-1。根据图5可知图5淡基区硼扩散所需的表面杂质浓度NBo= 51017 /cm3。为选定发射区磷扩散的表面杂质浓度NEo，我们选发射区薄层电阻 RE= 5 /.因= 11018/cm3 ，Xje= 510-4 cm，发射区扩散层平均电导率 = 2409.6 (cm)-1。根据图5得发射区扩散所需的表面杂质浓度NEo = 11021 /cm3。由于在发射区扩散过程中，基区出现下陷效

10、应，使基区平均杂质浓度下降，并考虑到过高的发射区杂质浓度反而使发射极效率下降，故取理论值NEo=11021 /cm3。（）浓基区扩散的结深和表面杂质浓度的选取覆盖式结构中的深结浓基区网格起着如下三方面的作用：提高集电结击穿电压，减小基极电阻以及作为基极部分引线。浓基区结深主要受单元发射极条间距和集电结电容的限制，考虑到横向扩散，取浓基区扩散结深= 3 m。浓基区硼扩散的薄层电阻愈低，则小发射极条长的限制愈小。考虑到工艺上的可能性，选取浓基区硼扩散薄层电阻Rb3=24/,则相应的浓基区硼扩散表面浓度应选为 51020 /cm3。（6）外延层厚度的选取，其中外延层厚度主要由集电极结深、集电区宽度和

11、衬底杂质反扩散的深度决定的。 综上所述，纵向结构设计的参数值如下：基区宽度 Wb= 0.6 m淡基区硼扩散结深 Xjc= 1 m浓基区硼扩散结深 Xjc = 3 m发射结磷扩散结深 Xje= 5 m外延层厚度 Wepi= 14 m淡基区表面杂质浓度 NBo= 51017 /cm3淡基区硼扩散薄层电阻 Rb2= 150 /浓基区表面杂质浓度 NBo= 51020 /cm3浓基区硼扩散薄层电阻 Rb3= 4 /发射区表面杂质浓度 NEo= 11021 /cm3发射区磷扩散薄层电阻 RE= 5 /外延层杂质浓度 Nc= 2.51015 /cm3外延材料电阻 c= 2 cm2基本图形和横向尺寸的选择：

12、管芯的几何图形选定以后，就可以根据参数指示的要求，初步确定光刻版上各个尺寸的大小，其中主要参数有：发射区面积以及浓基区网格与发射结边沿的间距等。下面逐个进行讨论。（）单元发射极宽度、长度和个数的选取首先要确定集电极最大电流值Jc m。根据NB= 11018 /cm3，得到相应的Dn b，Wb,，得到发射极临界电流密度为JE m= - = 1104 A/cm2 （由于有效基区扩展效应）再求集电极临界电流密度 = 5.5103 A/cm2 （由于基区电导调制效应）比较上述两个临界电流值，则集电极最大电流密度值应选为Jcm= 5.5103 A/cm2不计集电极电流通过基区时所产生的横向扩散，那么所需

13、要的发射极有效面积 Aeff= = 510-4 cm2由电流集边效应决定的发射极有效半宽度：Sef f = （43）式中为基区平均电导率，相对应的少数载流子迁移率可由图9查得。所以，设计晶体管的发射极条有效宽度为2 Sef f。发射极总周长Le作如下估计：Le= 2.03 cm这里所选的线电流密度 Jl= 1.48 A/cm覆盖式结构单元发射极有效长度可根据下式计算，选取合适的发射极条数目n、浓基区网格作为内引线部分宽度sb以及浓基区薄层电阻Rb3发射极有效长度。（先设定一个估计的数值n，再由n计算出单个发射极条有效长度Leff 。设计的发射极条的实际长度要小于Leff ，而后将取得的实际单个

14、发射极条周长乘以n得出总周长，与之前算出的总周长数值比较。判断是否相似，相似则判断为n取值正确，否则须重新设定n的取值。）n= 80 ，sb= 6 um, Rb3= 2 /。得发射极有效长度为Leff = 32.8 m （44）其中IB=。选取单元发射极条长度，确定发射极条长宽比（比例为7：1左右）再由每个单元发射极条周长算出发射极总周长，验证是否与初定发射极总周长值相符，若差别大，则需再调整n的取值。最后确定基区图形状，以及行数 10 列数 8 。（）基区面积的选取基区面积的上下限由晶体管的热阻指标决定，其上限由功率增益指标决定。则基区面积的下限值为Ab,其中t为管芯晶片的厚度，硅的热导率=

15、0.85W/cm.思考：根据自己选取的初始参数值进行必要的计算，并通过计算总结出一些能够有效地减小大电流效应的措施。（）发射极引线孔尺寸的选择（其长宽之比应为7左右，太小影响散热，太大则光刻困难）根据光刻最小间距为3m，发射极条宽为3 m，所以发射极引线孔的宽度选为 10m，以有利于光刻工艺的操作，于是发射极引线孔的长度为6 m。（）浓基区和淡基区窗口尺寸的选择浓基区和淡基区扩展窗口尺寸主要有横向扩散，光刻、制版精度以及有利于光刻对准操作所决定的。浓基区窗口包围一个发射极条，其间距分别为 4 m和 6 m，所以淡基区扩散窗口长度为82m，宽度为18m。浓基区横向宽度定为 6 m，纵向宽度定为

16、12 m以及基极引线孔定为 8 m。（）发射极镇流电阻尺寸的确定若要求当温度升高10度时，晶体管发射极电流保持在以内，发射极镇流电阻按如下计算 =_0.3 （45）镇流电阻是由镍铬膜构成的薄膜电阻，我们采用膜层电阻的镍铬薄膜做镇流电阻。为了避免铝电极与硅互溶和增加可靠性，将镍铬薄膜盖在整个发射极引线孔和基极引线孔上（注意：为确保光刻过程中覆盖住引线孔，镍铬薄膜应比引线孔宽出2微米）。小单元发射极引线孔长度为 52 ，选取镍铬薄膜的宽度为 54 ，则可以算得长度约为 30 。（）铝金属电极尺寸的确定铝金属电极膜覆盖在镍铬镍上，热压部分与发射极引线孔部分之间断开 30 ，发射极铝金属条宽度选为 5

17、4 ，基极铝金属条宽选为 14 ，铝金属条厚度选为1.0。键合内引线采用直径为 40 的硅铝丝。发射极和基极共四个压点，其面积每个皆为 80 80 左右。3.版图设计（1）版图制作:1、浓基区光刻版图:2、淡基区光刻版图:3、发射区光刻版图:4、基极引线孔光刻版图5、发射极-基极引线孔光刻版图6、镍铬反刻光刻版图7、铝反刻光刻版图:光刻版组合图:（2）版图参数设计= 18 ，= 6 ，= 6 ，= 10 ，= 8 ，= 52 ，= 70 ， = 82 ，= 6 ，= 8 各个参数的意义如下：Sbw：单元淡基区宽度； Sew：单元发射极引线孔宽度； Seb：发射极与淡基区扩散窗口之间的距离；Se

18、：单元发射极条宽； Smb：基极引线孔宽度；Lew：单元发射极引线孔长度；Le：单元发射极条长； Lbw：淡基区扩散窗口长度；Sb1：浓基区网格作为内引线部分宽度； Sb2：刻基区引线孔部分的宽度。画出管芯单元版图以及覆盖式晶体管光刻版图：4.工艺流程1、高温氧化： #工序 层名 深度 标号 解释gd chendi 14 - #模拟外延区14umgd yanghua 2 - #模拟高温氧化后的SiO2膜2um2、光刻浓基区：#工序 层名 深度 标号 解释e nongjiqu 2 - #按照浓基区版图，光刻浓基区3、扩浓硼：#工序 层名 深度 标号 解释id nongjiqu 3 - #按照浓基

19、区版图，扩浓硼3um4、得到光刻淡基区：#工序 层名 深度 标号 解释gd chendi 14 - #模拟外延区14umgd yanghua 2 - #模拟高温氧化后的SiO2膜2ume danjiqu 2 - #按照淡基区版图，光刻淡基区5、扩淡硼:#工序 层名 深度 标号 解释id nongjiqu 3 - #按照浓基区版图，扩浓硼3umid danjiqu 1.5 - #按照淡基区版图，扩淡硼1.5um6、得到光刻发射区：#工序 层名 深度 标号 解释gd chendi 14 - #模拟外延区14umid nongjiqu 3 - #按照浓基区版图，扩浓硼3umid danjiqu 1.

20、5 - #按照淡基区版图，扩淡硼1.5umgd yanghua 2 - #模拟高温氧化后的SiO2膜2ume fashequ 2 - #按照发射区版图，光刻发射区7、扩磷：#工序 层名 深度 标号 解释id fashequ 0.5 - #按照发射区版图，扩磷0.5um8、得到光刻发射极-基极引线孔：#工序 层名 深度 标号 解释gd chendi 14 - #模拟外延区14umid nongjiqu 3 - #按照浓基区版图，扩浓硼3umid danjiqu 1.5 - #按照淡基区版图，扩淡硼1.5umid fashequ 0.5 - #按照发射区版图，扩磷0.5umgd yanghua 1

21、 - #模拟高温氧化后的SiO2膜e fjyinxiankong 1 - #按照发射极引线孔版图，刻出引线孔9、CVD低温氧化钝化后套刻引线孔：#工序 层名 深度 标号 解释gd - 1 - #低温氧化钝化e fjyinxiankong 1 - #套刻发射极-基极引线孔10、镍铬反刻：#工序 层名 深度 标号 解释gd chendi 14 - #模拟外延区14umid nongjiqu 3 - #按照浓基区版图，扩浓硼3umid danjiqu 0.83 - #按照淡基区版图，扩淡硼0.83umid fashequ 0.67 - #按照发射区版图，扩磷0.67umgd yanghua 1 -

22、#模拟高温氧化后的SiO2膜e fjyinxiankong 1 - #按照发射极引线孔版图，刻出引线孔gd - 1 - #低温氧化钝化e fjyinxiankong 1 - #套刻发射极-基极引线孔gd niege 1 - #镍铬层气相淀积e niege 1 - #镍铬反刻11、铝反刻：#工序 层名 深度 标号 解释gd chendi 14 - #模拟外延区14umid nongjiqu 3 - #按照浓基区版图，扩浓硼3umid danjiqu 0.83 - #按照淡基区版图，扩淡硼0.83umid fashequ 0.67 - #按照发射区版图，扩磷0.67umgd yanghua 1 -

23、 #模拟高温氧化后的SiO2膜e fjyinxiankong 1 - #按照发射极引线孔版图，刻出引线孔gd - 1 - #低温氧化钝化e fjyinxiankong 1 - #套刻发射极-基极引线孔gd niege 1 - #镍铬层气相淀积e niege 1 - #镍铬反刻gd lv 1 - #铝层气相淀积e lv 1 - #铝层反刻下面逐个列出模拟中最后铝反刻的所有步骤截图：5.封装形式的选择（资料） 国产晶体管的封装外形 国产半导体晶体管按部标规定有数十种外形及规格，分别用不同的字母和数字表示。1金属封装外形主义 采用金属外壳封装的晶体管主要分为BG六种外形结构，各种外形结构又分为多种规

24、格。 B型封装结构主要用于硅材料的高频中、小功率晶体管，它又分为多种规格（见表5-20），其外形及引脚排列见图5-20。 B型封装的晶体管中，有的型号（例如3DG56、3DG80等）为四根引脚，它较三根引脚（发射极E、基极B、集电极C）的晶体管多了一个接地端D。 C型封装结构主要用于锗材料的高、低频小功率晶体管和硅材料的开关管。它也分为多种规格。表5-21是C型封装晶体管外形尺寸及代表型号，图5-21是C型封装晶体管外形及引脚排列。 D型封装结构分为D-1型和D-2型，表5-22是其外形尺寸及代表型号，图5-22是其外形及引脚排列。 采用E型封装结构的晶体管有3DA86、3DK10等型号，图5

25、-23是其外形尺寸及引脚排列。 F型封装结构主要用于各种低频大功率晶体管，它又分为F-0型F-4型五种规格，其中F-2型封装结构应用最多。 图5-24是F型封装晶体管外形及引脚排列图，表5-23是各规格的外形尺寸及代表型号。 G型封装结构又分为G-1G-6六种规格，其G-1、G-2的引脚线为圆形，G-3G-6引脚线为扁形。表5-24是G型封装晶体管外形尺寸及代表型号。 G型封装结构晶体管的管座为六边形，管体上带有固定螺杆，其外形及引脚排列如图5-25所示。 除了以上介绍的各种标准封装外形外，还有一种不常用的非标准封装外形，主要用于大功率晶体管。图5-26是其外形图及引脚排列。2塑料封装外形 采

26、用塑料封装的晶体管分为S-1型、S-2型、S-4型S-8型、F3型和E3-01A型。 S-1型封装晶体管又分为S-1AS-1C等规格，表5-25是各规格封装晶体管的外形尺寸及代表型号，图5-27是S-1型封装晶体管的外形图及引脚排列图。 S-2型封装晶体管的外形尺寸及引脚排列如图5-28所示。采用S-2型封装晶体管有3DG57、3DG6、3DG201等型号。 S-4型封装晶体管有S-4A和S-4B两种规格，其外形及引脚排列如图5-29所示。表5-26是S-4型封装晶体管的外形尺寸及代表型号。 S-5型封装外形用于中、低频大功率晶体管，其外形尺寸及引脚排列见图5-30。采用S-5型封装晶体管有3

27、DA863、3DD2481和DK53等型号。 S-6型封装外形分为S-6AS-6E四种规格，图5-31是其外形及引脚排列图，表5-27是S-6型各种规格封装晶体管的外形尺寸及代表型号。 S-7型封装外形有S-7AS-7C等规格。其中S-7A、S-7B的外形尺寸基本相同，只有S-7B型封装的散热片两侧无豁口。图5-32是S-7型封装晶体管的外形及引脚排列图，表5-28是S-7型封装晶体管的外形尺寸及代表型号。 S-8型封装外形有S-8AS-8C等规格。其中S-8A型封装的散热片两侧带豁口，而S-8B型和S-8C型封装的散热片为平齐状，如图5-33所示。表5-29是S-8型封装晶体管的外形尺寸及代

28、表型号。 F3型封装晶体管主要是作为彩色电视机等产品中的各种高反压大功率晶体管，它又分为F3-04A、43-04B等规格，如图5-34所示。采用F3型封装的晶体管有D1403、D1426等。 E3-01A型封装用于片状晶体管（表面安装器件），其外形尺寸及引脚排列见图5-35。 3其它类型封装结构及外形 国产晶体管除金属和塑料封装结构外，还有极少数的晶体管采用陶瓷、环氧树脂或玻璃等材料封装。 采用陶瓷与环氧树脂封装的为超小型晶体管，有3DG13A3DG13D、3DG14和CF104CF106等型号，图5-36是3DG系列和CF系列陶瓷环氧树脂封装晶体管的外形尺寸。 采用玻璃封装的晶体管有3AX3

29、4A3AX34K等型号，管体长为15mm，直径为5mm，其外形见图5-37。（二）进口晶体管封装外形进口晶体管也有多种封装外形，分别用不同的字母和数字表示。 1金属封装外形 采用金属封装的晶体管有TO-72型、TO-18型、TO-5型、TO-39型、TO-66型、TO-3型、PT-1型等多种，图5-38是各种金属封装晶体管的外形及引脚排列图。 TO-3型封装外形是进口大功率晶体管中使用最多的一种，它与国产管的F-2型封装外形基本相同。采用TO-3型封装外形的晶体管有薄管壁（管壁为1.5mm）和厚管壁（管壁为3mm）之分，如图5-39所示。 采用TO-3型封装的薄管壁晶体管有BU208D、BU9

30、32R等型号。采用TO-3型封装的厚管壁晶体管有2SD870、2SD950、2SD951等型号。PT-1型和TO-66型封装外形与国产管的F-1型封装外形基本相同。 2塑料封装外形 采用塑料封装的晶体管有TO-92型、TO-92L型、TO-92LS型、TO-220型、TO-220FP型、TO-220FN型、TO-126型、TO-126FP型、TO-247型、TO-3P型、TO-202型、ATR型、ATV型、CPT型、MRT型、HRT型、SPT型、FTR型、FTL型、CPT F5型、PSD型、SMT型、MPT型、EM3型、UMT型等多种。 TO-92型、TO-92L型和TO-92LS型封装外地人

31、形与国产的S-1型和S-4型相似，其中TO-92型封装外形一般用于耗散功率为250750mW的晶体管，TO-92L型封装外形用于耗散功率为750mW1.2W的晶体管，TO-92LS型封装外形用于800900mW的晶体管。图5-40图5-42是TO-92系列封装晶体管的外形尺寸及引脚排列。 采用TO-92型封装的晶体管有S9011S9016、S9018、2N5551、2N5401、2SC945、2SA1015等型号。采用TO-92L型封装的晶体管有S8050、S8550、2SA910、2SA934、2SC2060、2SD1384、2SC2061、2SB1010、2SC2331等型号。采用TO-9

32、2LS型封装的晶体管有2SC4720、2SA1819、2SB1596T和2SD2451等型号。 TO-220型封装外形与国产的S-7B型相似，图5-43是TO-220型封装晶体管的外形尺寸及引脚排列图。 采用TO-220外形封装的晶体管有MJE3055、2SA1634、2SC4007、2SB1293、2SB1085、2SD1869、2SD1562等型号。此外还有顶部金属散热片两侧带豁口的（与国产的S-7A型相似），代表型号有2SA940、2SA966、2SC238、2SC2073等。 TO-220FN型和TO-220FP型也属于TO-220同类的封装外形。只是TO-220FN型封装的晶体管为全

33、塑料型（不带金属散热片），耗散功率与TO-220型封装的晶体管相同或低515W。TO-220FP型封装的晶体管较TO-220F型顶部多出2mm的凸棱，其耗散功率与TO-220FN型封装晶体管相同或高5W。图5-44和图5-45分别是TO-220FP型和TO-220FN型封装晶体管的外形尺寸及引脚排列。 采用TO-220FP型封装的晶体管有2SC4008、2SC4793、2SC3795、2SC3944、2SA1635、2SA1535、2SB1185、2SB941、2SD1762、2SD1137等型号。采用TO-220FN型封装的晶体管有2SB1565、2SB1566、2SD2394、2SD239

34、5等型号。 TO-202型封装外形与国产S-6型相似，图5-46是TO-202型封装晶体管的外形尺寸及引脚排列。 采用TO-202型封装的晶体管有2SC1011、2SC1249等型号。TO-126型封装外地人形与国产S-5型相似，一般用于耗散功率为10W左右的晶体管。图5-47是TO-126封装晶体管的外形尺寸及引脚排列。 采用TO-126型封装的晶体管有2SC2611、2SC2688、2SC3502、2SC3601、2SB1009、2SB1065、2SD1380、2SD1506等型号。 TO-247型封装外形属于TO-220级别的大功率（60100W）封装外形，其外形尺寸及引脚排列见图5-4

35、8。 采用TO-247型封装的晶体管有2SD2062、2SD2236、2SB1345、2SB1477等型号。 TO-3P型封装外形一般用于各种高压或大功率（耐压值800V以上或耗散功率100W以上）晶体管，例如音响的功率输出管及彩色电视机的开关电源管、行输出管等。它又分为TO-3P（A）TO-3P（E）等多种规格。图5-49是TO-3P型封装晶体管的外形图及引脚排列图。表5-31是各规格封装晶体管的外形尺寸及代表型号。CPT型封装外形一般用于功率为1015W的晶体管，图5-50是其外形尺寸及引脚排列。 采用CPT型封装的晶体管有2SA1834、2SA1862、2SA1807、2SB1182、2

36、SB1275、2SC5001、2SC5103、2SD1733、2SD2318等型号。MRT型封装外形一般用于耗散功率为11.2W的晶体管，图5-51是其外形尺寸及引脚排列。采用MRT型封装的晶体管有2SA1809、2SA1861、2SB13292SB1332、2SC4243、2SC4724、2SD20092SD2011、2SD2388等型号。 SPT型封装外形一般用于耗散功率为250400mW的晶体管，图5-52是其外形尺寸及引脚排列。 采用SPT型封装的晶体管有2SA1199S、2SA1515S、2SC1741S、2SC3359S、2SD1468S、2SD2144S等型号。 ATR型和FTR

37、型封装外形均为短引脚型，FTR型封装用于耗散功率为150750mW的晶体管，ATR型封装用于耗散功率为300Mw1W的晶体管。图5-53是ATR型与FTR型两种封装形式的外形尺寸及引脚排列。 采用ATR型封装的晶体管有2SA785、2SA937A、2SA881、2SB882、2SB851、2SC1545、2SC1615、2SD2312、2SD2168等型号。采用FTR型封装的晶体管有2SA937AM、2SA790M、2SC1545M、2SC4295M、2SB909M2SB911M、2SB1130M、2SD1507M、2SD2197M等型号。 ATV型封装外形一般用于耗散功率为300mW-1W的

38、晶体管。它又分为TV2型TV4型、TV6型共四种规格，其外形尺寸及引脚排列见图5-54。 采用ATV型封装的晶体管有2SA1547A、2SA1548、2SA1549、2SC4620、2SC40152SC4017、2SB12362SB1238、2SD18582SD1864等型号。FTL型封装外形一般用于耗散功率为150750mW的晶体管。它又分为TL2型TL4型三种规格，图5-55是其外形尺寸及引脚排列。 采用FTL型封装的晶体管有2SA1554、2SA1559、2SB1276、2SB1277、2SC4034、2SC4038、2SD19192SD1921等型号。 EM3型、UMT型、SMT型、M

39、PT型、PSD型和CPT F5型封装外形均属于片状晶体管（表面安装器件），图5-56是各封装外形的尺寸及引脚排列。EM3型封装外形用于耗散功率为150mW左右的小功率晶体管，采用此封装外形的晶体管有2SA1774、2SA1821、2SA1885、2SC46172SC4619、2SC4997等型号。 UMT型（也称SC-70型）和SMT型（也称SC-59型或SOT-23型）封装外形用于耗散功率为200mW左右的晶体管。采用UMT型封装的晶体管有2SA1576A、2SA1577、2SA1579、2SA1808、2SC40812SC4084、2SC40972SC4099、2SD1949、2SD235

40、1等型号。采用SMT型封装的晶体管有2SA1037AK、2SA1514K、2SA1036K、2SB1197K、2SB1514K、2SC2412K、2SC3906K、2SK1781K、2SD1782K等型号。 MPT型封装外形（也称SC-62型或SOT-89型）一般用于耗散功率为2W左右的晶体管，采用此封装的晶体管有2SA1690、2SA1759、2SB1189、2SC5053、2SC4132、2SD1898、2SD2170等型号。 CPT F5型封装外形（也称SC-63型）一般用于耗散功率为1015W的大功率晶体管，采用此封装的晶体管有2SA1834、2SA1727、2SA1862、2SB12

41、75、2SB1182、2SC5001、2SC5103、2SD1758、2SD1733等型号。PSD型封装外形（也称D2PAK型）一般用于耗散功率为35W的大功率晶体管，采用此封装的晶体管有2SA1870、2SC49372SC4939等型号。 常见晶体管封装及图片 晶体管的封装形式6.成品测试条件及典型结果名称符号测试条件典型结果发射极开路集电极-基极击穿电压VCBO发射极开路，C、B之间的反向击穿电压基极开路集电极-发射极击穿VCEO基极开路，C、E之间的反向击穿电压集电极开路发射极-基极击穿电压VEBO集电极开路，E、B之间的反向击穿电压输出功率PC指集电极最大允许耗散功率特征频率fT共发射

42、极小信号正向电流传输比的模数下降到1时的频率集电极基极反向饱和电流ICBO当发射极开路时，在规定的集电极基极电压下，流过集电极基极结的反向电流集电极发射极反向饱和电流ICEO当基极开路时，在规定的集电极发射极电压下，流过集电极发射极结的反向电流共射直流电流放大倍数hfe在共发射极电路中，输出电压保持不变时，直流输出电流与直流输入电流之比。7.可靠性设计（1）、影响晶体管可靠性的因素： 1）、-系统电荷的影响因素：A、界面态电荷；表面态可以是电中性的，也可以是带正电的或带负电的。B、固定电荷；固定电荷密度与氧化层厚度、半导体中杂质类型或浓度关系不大，它主要依赖于氧化、退火条件及氧化。C、可动电荷

43、；离子玷污将严重影响半导体器件的可靠性和稳定性。D、陷阱电荷；由于辐照引起的，即由于放射性辐照而产生的。E、表面吸附电荷；在二氧化硅表面可能吸附一些电荷，可能是正的也可能是负的，在一定条件下，可以在二氧化硅表面移动。2）、表面电荷对晶体管性能的影响：A、反向电流增大；反型层对表面电荷的影响，界面态对反向电流的影响。B、表面电荷使击穿电压下降；在反向电流较小时，击穿电压等于雪崩击穿电压，在反向电流较大时，可以比雪崩击穿电压小的多。C、表面电荷使电流放大系数减小；发射结空间电荷区存在一股复合电流，使发射结注射效率降低，基区表面的复合电流，使基区输运系数减小，发射结表面，基区表面界面态愈多。D、1/

44、f噪声的影响；一般界面态密度越大，1/f噪声也越大。E、对晶体管稳定性和可靠性的影响；表面电荷中可动电荷的迁移作用，使晶体管一些重要参数的数值发生变化，严重影响晶体管的稳定性和可靠性。3） 、管芯裂纹对可靠性的影响：4）、封装对可靠性的影响：5）、后工序对可靠性的影响：（2）、晶体管的可靠性概要： 1）、可靠性的定义：晶体管的可靠性，直接与晶体管的材料、结构、使用目的以及使用电路的电学、热学条件、温度、湿度、压力、放射性辐射、振动、冲击、腐蚀气氛等密切相关。所谓晶体管的可靠性，是指在一定的时间内，在规定的条件（使用环境和工作条件）下，能正常工作的概率。2）、晶体管的失效方式（要注意设计和工艺加

45、工方面措施,同学自己填写）：所谓晶体管失效，是指晶体管已不能满足某种使用要求或损坏而言，常见的失效方式有：A、 电参数热化，超过允许的变化范围之外；B、 管芯烧毁，硅片有熔化点；C、 内部引线断，压焊点变坏或脱落；D、 金属化电极损坏或断；E、 外部引线损伤或断；F、 管壳密封失效；G、 硅片裂纹；H、 表面劣化，氧化层质量变坏；I、 因辐射问题晶体管击穿特性变软；（3）、可靠性实验：1）、目的：A、通过可靠性实验，可以充分暴露器件在各方面的问题，以便进行改进，达到预定的可靠性指标；B、通过每一批产品进行可靠性抽样实验，可以了解工艺线的稳定生产程度；C、为制定合理的工艺筛选条件提供依据；D、研

46、究器件失效机理；E、对产品进行可靠性鉴定；2）、可靠性实验的基本项目与内容：可靠性实验是指各种环境条件下的模拟实验和使用实验，通常可分为环境实验、寿命实验和特殊实验三大类，包括的内容如下：环境实验振动加速度，冲击加速度，离心加速度，变频振动加速度，温度循环，热冲击，湿度，盐雾，低气压，引线强度，可焊性，低温下测参数，高温下测参数；寿命实验贮存：室温贮存、高温贮存；工作：室温工作、高温工作；特殊实验加速实验，核辐射，超高真空，红外线，X射线，氦检漏，放射性示踪检漏；8.预期结果及结果验算（理论验算）主要需验证的参数有功率增益和特征频率，以便了解设计选取的参数是否合理，是否需要调整。（1）、功率增

47、益的验算：公式： （46）（i）、计算集电极输电容： （47） a、计算：通过查参考图5，可得单位集电结电容，再利用公式可得。 b、计算： （48）其中为SiO2膜厚度，为基极延伸电极汇流部分铝金属面积，=3.9。 c、为管壳分布电容由实测确定，若采用G-1型氧化铍管壳=1pF。d、对上述三项求和得出集电极输出电容。（ii）、计算基极电阻 可利用、以及，算出薄层电阻。通过查附图8得到平均电导率，从而得出薄层电阻。基极与硅接触的金属即为做镇流电阻用的镍铬了，其接触系数查附图7，为每个单元中基极金属电极面积。将上述计算出的数据代入（49）式，可求得。（iii）、发射极引线电感发射极引线电感由管壳上

48、发射极外引线电感和管芯上发射极内引线电感组成。对于G1型封装，管壳上发射极外引线电感为1.0nH，管芯上发射极内引线电感组成为0.3nH。因此发射极引线电感为1.3nH。（iv）、利用以上所算参数得出功率增益，并验证是否满足设计指标要求。=12.11 PF=0.78 fT =700 MHz =13.58dB（2）、特征频率的验算：公式： （410）（i）、计算发射极电容发射结在正偏情况下，结电容约为零偏压下的2.5倍，=2.5(0)。采用线性缓变结近似，在零偏下发射结电容为 （411） （412） （413） （414） （415）对于高频大功率晶体管，发射区扩散一般采用一次扩散方式，杂质分布

49、依从余误差函数分布，发射结处浓度梯度可按式（415）计算，根据、和，再由式 （413）和式（414）可算得、。把上述数值代入式（415）和式（416），得、。由此得出发射结电容。再对发射结侧壁电容的贡献做出估计，算出发射结侧壁面积约占底面积的百分比，由于扩散结表面浓度大，近似估计时可比此百分比大一些，加上发射结侧壁电容的贡献（一般典型值为20%），最终算出。（ii）、计算集电极电阻在小电流下，可假定集电区通过电流区域的截面积即为发射区面积，作为近似估计 （416）将上述数值代入表达式，算出，验证是否达到设计指标。=814=0.72um =1.22um=2.581016=388pF=3.58Vf

50、T =882MHz9.晶体管课设心得体会虽然这门课只有六周，但是给我们组所带来的困难却是相当大的，很多东西包括公式、软件、设计方案等都完全不了解，我们只能带着无数的疑问自己去看书，在看书的过程中，由于无从下手或者里面的东西太过复杂，第一想法就是放弃，但幸好最后还是坚持了下来。我想这门课除了理论知识的学习以外，更重要的可能是在学习一种自学或者自己探索的过程，从一无所知到最后完成报告并在课上演讲，这是一个复杂而艰难的过程，每个人都会在这个过程中证明自己的价值。我们组通过这门课程能增加了自己对晶体管设计以及制作方面的知识，并且深深的了解到了自我探索这个过程的重要性。我们会在以后的学习和工作中，不断的进行自我反思以及自我探索，不断提高自己。 签字： 10. 参考文献（1） 国产晶体管的封装外形（2） 微电子技术基础 曹培栋 第二章（3） 半导体物理学 刘恩科 第三章38