一种提高晶闸管抗干扰能力的方法技术

本发明专利技术公开了属于功率半导体器件可靠性技术的一种提高晶闸管抗干扰能力的方法。首先对现有结构的晶闸管进行解析，通过解析来得到提高晶闸管门极触发参数的途径；本发明专利技术采用引信电路中一种常用的TO-252封装外形；以及采用在晶闸管门极串联或反串联稳压二极管的方式，并将晶闸管芯片与稳压二极管芯片集成在同一封装管壳内部；由此既提高了晶闸管的门极触发电压，又保证了二极管与门极之间的引线足够短，保证了晶闸管的可靠触发，解决了引信由于爆轰干扰而产生的误动作问题，从而有效提高晶闸管的抗干扰能力；大大提高了武器装备的精准度和可靠性，对我国武器装备的发展具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种提高晶闸管抗干扰能力的方法
本专利技术属于功率半导体器件可靠性
，特别涉及一种提高晶闸管抗干扰能力的方法。
技术介绍
目前，在现有的武器、弹药中多采用多级时序起爆技术，这项技术的使用，使得弹药的侵彻能力大幅提高、弹药毁伤效果明显增强。然而爆炸后会产生强烈的爆轰干扰(电磁干扰)，并通过空间辐射和线传导两种方式对弹药引信的正常工作产生影响，容易使引信误动作，从而出现瞎火或早炸等异常现象。其中空间辐射干扰范围有限，易于解决，引信设计中只需将不同火工品分别于独立腔体装配即可较好地解决这个问题；而线传导干扰比较难以解决。晶闸管作为最成熟的半导体器件之一，具有体积小、结构简单、功能强等特点，被广泛应用在引信解保发火电路中，其性能的优劣是导致引信误动作的直接原因。因此，增强晶闸管的抗干扰能力，确保晶闸管可靠触发，是解决引信可靠性问题的最直接最有效的措施。提高晶闸管抗干扰能力的主要途径是提高其门极触发电流和触发电压。触发电流的大小可以通过优化器件设计来达到引信电路的抗干扰要求，然而触发电压则因受到晶闸管芯片尺寸和触发电流的双重制约无法通过器件设计来满足抗干扰指标。这就给晶闸管抗干扰设计带来了巨大的困难。现有技术中在晶闸管门极引脚上串联一个适当阻值的电阻(如图1所示)，然后再接入到引信电路中，这样便可以提高晶闸管的触发电压。现有技术可以有效的提高晶闸管的触发电压，但这一过程的实现存在以下缺点：①现有技术需要在晶闸管门极串联一个较大的电阻，而大电阻产生的寄生电感会影响触发电流，从而不能兼顾解决触发电压和触发电流同时增大的要求；另外，电阻的介入以及焊点数的增加会影响电路的可靠性。②现有技术的确增加了晶闸管的触发电压，但是由于串联电阻与晶闸管芯片门极之间的引线较长，这段长引线产生的线导传输干扰同样会对器件进行误触发。这表明现有技术并不能有效提高晶闸管的抗干扰能力以及解决引信的可靠性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高晶闸管抗干扰能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对现有结构的晶闸管进行解析：晶闸管的触发电流IGT和触发电压VGT的表达式为：VGT＝IGTR0+VK(2)其中，上式中，VK为开启电压(一般为0.6V)，R0为门极与阴极之间的横向电阻，Rg0为门极与短路点之间阴极下面的横向电阻；为门极和阴极之间区域的平均电阻率，为短基区的平均电阻率，Xj1为晶闸管一次扩散工艺的结深，Wp2为短基区宽度；从式(1)和(3)中看出，要提高门极触发电流，需要减小Rg0的值，则通过减小增大Wp2以及减小N20区宽度(r1-r0)的方式来实现；从式(2)和(4)中看出，触发电流一定时，要提高门极触发电压使其满足抗干扰要求，需要增加R0的值，则通过增大减小Xj1以及增大门极与阴极之间的横向距离(r0-rg)来实现；但是，会使Rg0增大，进而导致触发电流IGT减小，同时增大门极与阴极之间的横向距离(r0-rg)又会导致芯片尺寸增大；因此现有结构的晶闸管提高其门极触发电流和触发电压则受到触发电流和芯片尺寸的双重限制；2)针对步骤1)的解析结果，在晶闸管结构上采取改进措施：2.1将晶闸管芯片通过焊料或银浆粘贴在引线框架的载片台上，载片台与引线框架的阳极引脚相连；通过引线键合的方式将晶闸管芯片的阴极焊盘与引线框架的阴极引脚相连；2.2选择参数适当的稳压二极管串联或反串联在晶闸管门极上，并且将稳压二极管的芯片用焊料或银浆粘贴在引线框架的门极引脚上，同时使晶闸管芯片的门极焊盘与所粘贴二极管芯片的上表面相连；这样在封装内部实现了稳压二极管与晶闸管门极的串联或反串联，既提高了晶闸管的门极触发电压，又保证了二极管与门极之间的引线足够短，从而有效提高晶闸管的抗干扰能力；3)最终用环氧树脂将芯片及用于承载芯片的引线框架一起封装起来，并完成固化、切筋的后续封装工序；4)将封装的产品装配到引信电路中进行试验，发现引信系统可靠引爆且未受到爆轰干扰的影响，表明该产品具有较强的抗干扰能力和可靠性。本专利技术的有益效果是本专利技术采用在晶闸管门极串联或反串联稳压二极管的方式，并将晶闸管芯片与稳压二极管芯片集成在同一封装管壳内部，在不增加晶闸管体积的前提下，既提高了晶闸管门极触发电压，又极大地缩短了二极管与门极之间的引线长度，从而实现了晶闸管的强抗干扰能力；本专利技术保证了晶闸管的可靠触发，解决了引信由于爆轰干扰而产生的误动作问题，大大提高了武器装备的精准度和可靠性，对我国武器装备的发展具有重要意义。附图说明图1为现有技术对晶闸管实施抗干扰的原理图。图2为现有晶闸管门极结构示意图。图3为本专利技术提供的晶闸管抗干扰技术原理图，(a)串联，(b)反串联。图4为本专利技术实施例的抗干扰晶闸管结构示意图。具体实施方式本专利技术提供一种提高晶闸管抗干扰能力的方法，下面结合附图和本专利技术实施例予以具体说明。首先对现有结构的晶闸管进行解析：通过解析来得到提高晶闸管门极的触发电流和触发电压的途径，下面根据图2所示的现有晶闸管门门极结构示意图进行解析。触发电流IGT和触发电压VGT的表达式为：VGT＝IGTR0+VK(2)其中，VK为开启电压(一般为0.6V)，R0为门极与阴极之间的横向电阻，Rg0为门极与短路点之间阴极下面的横向电阻；式中，为门极和阴极之间区域的平均电阻率，为短基区(即N20下方区域)的平均电阻率，Xj1为晶闸管一次扩散工艺的结深，Wp2为短基区宽度。从等式(1)和(3)中可以看出，要提高门极触发电流使其满足抗干扰要求，需要减小Rg0的值，这可以通过减小增大Wp2以及减小N20区宽度(r1-r0)的方式来实现。从等式(2)和(4)中可以看出，触发电流一定时，要提高门极触发电压使其满足抗干扰要求，需要增加R0的值，可以通过增大减小Xj1以及增大门极与阴极之间的横向距离(r0-rg)来实现；但是，由于和Wp2分别与和Xj1成正比，增大或减小Xj1必然会使Rg0增大，进而导致触发电流IGT减小，同时增大门极与阴极之间的横向距离(r0-rg)又会导致芯片尺寸增大；由此说明现有结构的晶闸管提高其门极触发电流和触发电压则受到触发电流和芯片尺寸的双重限制，通过优化器件设计来提高触发电压难度太大。针对上述解析结果，本专利技术在晶闸管结构上采取的改进措施如下：图4给出了本专利技术的一个实施例。本实施例采用引信电路中一种常用的封装外形：TO-252封装；本专利技术采用在晶闸管门极串联或反串联稳压二极管的方式(如图3所示)，并将晶闸管芯片与稳压二极管芯片集成在同一封装管壳内部，晶闸管设计为方形芯片。首先通过设计使其触发电流满足2mA的要求，测得其触发电压为0.8V；为满足其抗干扰要求，触发电压应符合1.8V-2.2V范围内，根据实际需求选取方形稳压二极管芯片，其稳压值为5V，正向导通压降为1.2V。芯片粘结剂选用铅锡银焊料，引线选用铜线和金线两种。在本实施例中，先用焊料将晶闸管芯片1粘贴在引线框架的载片台2上，保证阴极K朝上，阳极A朝下；然后用焊料将稳压二极管芯片5的阳极与引线框架的门极G引脚7连接在一起，此时稳压二极管芯片5的阴极朝上；将铜引线3的一端键合在晶闸管芯片1的阴极焊盘10上，另一端键合在引线框架的阴极引脚4上，以使晶闸管阴极焊盘10与引线框架阴极引脚4电相连；同理，用金引线8将晶闸管芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高晶闸管抗干扰能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对现有结构的晶闸管进行解析：晶闸管的触发电流IGT和触发电压VGT的表达式为：IGT=VKRg0---(1)]]>VGT＝IGTR0+VK      (2)其中，Rg0=ρp2‾2πWp2ln(r1r0)---(3)]]>R0=ρp1‾2πXj1ln(r0rg)---(4)]]>上式中，VK为开启电压(一般为0.6V)，R0为门极与阴极之间的横向电阻，Rg0为门极与短路点之间阴极下面的横向电阻；为门极和阴极之间区域的平均电阻率，为短基区的平均电阻率，Xj1为晶闸管一次扩散工艺的结深，Wp2为短基区宽度；从式(1)和(3)中看出，要提高门极触发电流，需要减小Rg0的值，则通过减小增大Wp2以及减小N20区宽度(r1‑r0)的方式来实现；从式(2)和(4)中看出，触发电流一定时，要提高门极触发电压使其满足抗干扰要求，需要增加R0的值，则通过增大减小Xj1以及增大门极与阴极之间的横向距离(r0‑rg)来实现；但是，会使Rg0增大，进而导致触发电流IGT减小，同时增大门极与阴极之间的横向距离(r0‑rg)又会导致芯片尺寸增大；因此现有结构的晶闸管提高其门极触发电流和触发电压则受到触发电流和芯片尺寸的双重限制；2)针对步骤1)的解析结果，在晶闸管结构上采取改进措施：2.1将晶闸管芯片通过焊料或银浆粘贴在引线框架的载片台上，载片台与引线框架的阳极引脚相连；通过引线键合的方式将晶闸管芯片的阴极焊盘与引线框架的阴极引脚相连；2.2选择参数适当的稳压二极管串联或反串联在晶闸管门极上，并且将稳压二极管的芯片用焊料或银浆粘贴在引线框架的门极引脚上，同时使晶闸管芯片的门极焊盘与所粘贴二极管芯片的上表面相连；这样在封装内部实现了稳压二极管与晶闸管门极的串联或反串联，既提高了晶闸管的门极触发电压，又保证了二极管与门极之间的引线足够短，从而有效提高晶闸管的抗干扰能力；3)最终用环氧树脂将芯片及用于承载芯片的引线框架一起封装起来，并完成固化、切筋的后续封装工序；4)将封装的产品装配到引信电路中进行试验，发现引信系统可靠引爆且未受到爆轰干扰的影响，表明该产品具有较强的抗干扰能力和可靠性。...

【技术特征摘要】
1.一种提高晶闸管抗干扰能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对现有结构的晶闸管进行解析：晶闸管的触发电流IGT和触发电压VGT的表达式为：VGT＝IGTR0+VK(2)其中，上式中，VK为开启电压为0.6V，R0为门极与阴极之间的横向电阻，Rg0为门极与短路点之间阴极下面的横向电阻；为门极和阴极之间区域的平均电阻率，为短基区的平均电阻率，Xj1为晶闸管一次扩散工艺的结深，Wp2为短基区宽度；rg为门极欧姆接触的半径，r0为N20圆环内半径，r1为N20圆环外半径；从式(1)和(3)中看出，要提高门极触发电流，需要减小Rg0的值，则通过减小增大Wp2以及减小N20区宽度(r1-r0)的方式来实现；从式(2)和(4)中看出，触发电流一定时，要提高门极触发电压使其满足抗干扰要求，需要增加R0的值，则通过增大减小Xj1以及增大门极与...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟松，温景超，张斌，
申请(专利权)人：清华大学，北京卅普科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11