[实用新型]永磁发电机专用高结温低压降可控硅芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种永磁发电机电压调节器专用的，具有高结温低压降二项优良特性的可控硅芯片的结构设计，属半导体技术。 

背景技术

目前市场上，与车用三相交流永磁发电机配接的电压调节器，均采用“三相可控硅共阳半控桥整流电路”来控制永磁发电机的输出直流电压，此技术方案在1995年11月15日公开的公告号CN2212850专利“汽车交流永磁发电机电压调节器”中已阐明，该电路用三只整流芯片和三只可控硅芯片构成可控硅半控整流桥组，直接装入永磁发电机中，形成一体化。整流芯片和可控硅芯片在工作中流过电流时，由于自身的压降原因，会将产生大量的热量，逐渐提高了芯片的温度，当芯片产生的热量与芯片通过散热片发散出去的热量平衡时，芯片的温度就不再提高。由于永磁发电机内散热条件恶劣，芯片往往工作在很高温度状态中，当温度超过芯片的额定结温(即芯片内PN结容许的最高工作温度)时，芯片将失去其电特性功能，发电机当然无法对外正常供电，严重时会酿成意外事故。因此，降低芯片的压降，以减少其发热量，提高芯片的结温，以增加其耐温能力，是保证永磁发电机可靠工作的重要技术课题。 

现行国家标准QC/T706-2004《机动车用硅雪崩整流二极管技术条件》，对车用整流二极管芯片的额定结温和峰值压降已有详细的技术规范，按此标准生产的整流二极管芯片已能满足永磁发电机工作需要，本说明书不赘述。但是，车用可控硅管(或芯片)至今尚无国家或行业标准，处于空白状态。可参照使用的有国家标准GB4940-85《普通晶闸管》，其中，以30安培晶闸管(可控硅)为例，该标准限定其额定结温为≤100度，限定其峰值压降≤2.4伏。永磁发电机一般都是组装在内燃机附近，工作环境温度比室温高很多，而电压调节器又装入永磁发电机内部的狭小空间中，散热更加困难。鉴此，现行的国家标准QC/T 774-2006《汽车交流发电机用电子电压调节器技术条件》，规定了内装式电压调节器的环境温度应以105度为考量标准，还规定电压调节器“外壳温度在160度时，工作时间不小于1小时，调节器应不失效”，可以推得，电压调节器内可控硅芯片的额定结温应≥160度。 

现实的技术背景造成了以下的困难：用符合国家标准GB4940《普通晶闸管》的可控硅芯片组装成永磁发电机的电压调节器后，根本不能满足国家标准QC/T 774-2006《汽车交流发电机用电子电压调节器技术条件》的要求。因为以上二个标准关于可控硅芯片额定结温规定之相差为60度。理论计算和模拟试验都表明，只有可控硅芯片峰值压降≤1.0V时，才能确保电压 调节器桥组散热壳体温度低于标准QC/T 774-2006《汽车交流发电机用电子电压调节器技术条件》所要求的160度，此条件下，国家标准GB4940《普通晶闸管》规定的峰值压降与实用可控硅芯片的峰值压降二者之差多达1.4伏。申请人遍查国内所有可控硅芯片生产商，至今无一家能承诺可以生产额定结温高于160度，峰值压降低于1.0伏的可控硅芯片！所以，设计并生产车用高结温低压降可控硅芯片已成为高效、节能、廉价、轻便的永磁发电机生产和普及的瓶颈工程。从另一角度看，也只有在生产出高结温低压降的可控硅管芯后，才能参考制定我国关于车用可控硅的国家或行业标准。 

发明内容

为了能生产出额定结温高于160度，峰值压降低于1.0伏的可控硅芯片，本实用新型提供一套永磁发电机专用的高结温低压降可控硅芯片结构设计技术方案，能生产出满足永磁发电机电压调节器装配可控硅半控整流桥组所用的合格产品。 

本实用新型解决以上问题的技术方案是1，根据单晶硅中硅原子本征激发规律，即温度越高本征激发浓度越高，选用较高掺杂浓度的N型硅片，对应提高极限本征激发温度，来提高可控硅芯片的额定结温；2，改变传统的“一正一负”成角工艺，为“双负角”成角工艺，减小了高温漏电流，降低了阴极电流密度；3，根椐可控硅芯片峰值压降与芯片基区厚度的平方成反比的规律，选用超薄硅片，减少基区厚度来降低峰值压降。 

以下就三点技术方案作详细说明： 

1，根据单晶硅中硅原子本征激发规律，即温度越高本征激发浓度越高，选用较高掺杂浓度N型硅片，对应提高极限本征激发温度，来提高可控硅芯片的额定结温。