0 引言

中國(guó)汽車工業(yè)經(jīng)過(guò)數(shù)年快速發(fā)展，今年汽車總銷量已躍居世界第一。

中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展階段，正如中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)電機(jī)電器分會(huì)《協(xié)會(huì)通訊》所指出：“從千人汽車保有量、千人汽車銷量和汽車與平均GDP 的相對(duì)價(jià)格等各方面來(lái)看，中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展階段，與日本1960 年代初期和韓國(guó)1980 年代中期相當(dāng)。日本和韓國(guó)在其汽車工業(yè)發(fā)展初期以后，經(jīng)歷了10 年的高速發(fā)展，汽車銷量年度復(fù)合增長(zhǎng)率到20.9%和22.2%……中國(guó)汽車工業(yè)也將在10 年內(nèi)保持15%以上的年度復(fù)合增長(zhǎng)率……”“即使考慮到當(dāng)前經(jīng)濟(jì)衰退的影響，(最遲)2010 年開始，我國(guó)汽車行業(yè)也必將進(jìn)入下個(gè)黃金10 年的高速增長(zhǎng)期。”[1]

“作為汽車核心零部件配套行業(yè)———車用整流二極管行業(yè)及其制造技術(shù)必將迎來(lái)快速發(fā)展的大好時(shí)期。”中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)政策研究會(huì)副主任陳炳炎認(rèn)為，“只有零部件企業(yè)在研發(fā)上先走一步，帶動(dòng)整車企業(yè)的研發(fā)，才有可能縮小中國(guó)企業(yè)與世界先進(jìn)水平的差距。因此，未來(lái)20 年將是中國(guó)汽車零部件企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展階段。”[2]我們有理由相信，車用整流二極管行業(yè)必將迎來(lái)快速發(fā)展的新時(shí)期。

1 現(xiàn)狀和問(wèn)題

然而，我國(guó)汽車零部件的現(xiàn)狀不容樂觀。

正如中國(guó)內(nèi)燃機(jī)電機(jī)電器行業(yè)協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)徐國(guó)昌的分析：“我國(guó)內(nèi)燃機(jī)兩機(jī)(指發(fā)電機(jī)和起動(dòng)機(jī))關(guān)鍵零部件的發(fā)展依然嚴(yán)重滯后，發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器、整流器、軸承、起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)等部件的本土化制造跟不上需要，供中高檔乘用車配套的發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器和整流器等主要依靠進(jìn)口。”[3]內(nèi)燃機(jī)電機(jī)電器主要指起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)及其零部件，其中完全由整流二極管構(gòu)成的整流器(無(wú)論是11 管還是17管的)是其主要零部件。

車用交流發(fā)電機(jī)的原理如圖1 所示。

圖1 中的(a)圖是車用交流發(fā)電機(jī)(含整流器和調(diào)節(jié)器)原理圖，(b)圖則是提取出來(lái)的11 管的整流器原理圖。

圖1 中，D1耀D6 是主整流二極管;D7耀D8 是中性點(diǎn)二極管，目的是利用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓提高發(fā)電機(jī)的輸出效率;D9耀D11 是輔二極管，也叫勵(lì)磁二極管，容量稍小些。主整流二極管D1耀D6分別加倍為兩個(gè)管子并聯(lián)，就是功率偏大一些的17管整流橋。

顯然，這里所有二極管看上去都是非常簡(jiǎn)單的整流二極管。無(wú)論是(25~80)A/200 V，還是(25~45)A/(19~42)V的二極管器件，都是電壓、電流不大的一般型整流二極管，令人不可思議的是這么一些所謂簡(jiǎn)單的二極管多少年來(lái)卻都完全依靠進(jìn)口，幾乎被德國(guó)BOSCH、美國(guó)MOTOROLA(現(xiàn)為臺(tái)灣朋程Actron所取代)和日本電裝(Denso)等三大家所壟斷。

關(guān)于車用整流二極管行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，中國(guó)內(nèi)燃機(jī)電機(jī)電器行業(yè)協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)徐國(guó)昌認(rèn)為：“國(guó)外汽車零部件巨頭擠占我國(guó)內(nèi)燃機(jī)汽車電機(jī)電器市場(chǎng)，以他們強(qiáng)大的技術(shù)、資金、管理以及與國(guó)外整車和整機(jī)廠商的特殊關(guān)系等優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)勢(shì)侵入我國(guó)汽車電機(jī)電器市場(chǎng)，造成我國(guó)民族工業(yè)企業(yè)經(jīng)營(yíng)極大困難。”[4]幾十年來(lái)，我國(guó)的車用整流二極管工廠是“主機(jī)市場(chǎng)進(jìn)不去，就去占領(lǐng)配件市場(chǎng)”，并造成“假冒偽劣產(chǎn)品充斥配件市場(chǎng)”[4]的局面，如此狀況不解決,發(fā)展我們民族汽車工業(yè)勢(shì)必只成為一句空話。中國(guó)制造的只能是貼牌汽車，核心技術(shù)仍然是外國(guó)的，我們照樣是給外國(guó)人打工。

嚴(yán)重的問(wèn)題早已擺在我國(guó)功率半導(dǎo)體事業(yè)的決策者和研究者面前，而我國(guó)的功率半導(dǎo)體事業(yè)的決策者和科技工作者都忙于新型器件的研究，無(wú)暇顧及這一所謂“特別簡(jiǎn)單”的領(lǐng)域。就像一談可控硅，馬上就有人出來(lái)說(shuō)：我們?cè)缭趲资昵熬脱芯窟^(guò)了，然而每年當(dāng)國(guó)外大量的所謂高檔普通可控硅、功率二極管大舉占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)時(shí)，又有哪位決策者站出來(lái)，投入巨大資金好好干一番呢。如今當(dāng)國(guó)際上再次提出“二極管在當(dāng)今功率半導(dǎo)體中的作用總是被低估”的現(xiàn)狀必須要徹底改變，因此“現(xiàn)今功率半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)良的二極管投入巨大”[5]時(shí)，我們?cè)摵煤梅此家幌?，不要輕視那些我們?cè)?jīng)研究過(guò)然而卻沒有研究到底，并且沒有做出巨大經(jīng)濟(jì)效益的，時(shí)至今天發(fā)展仍然很大的那些基礎(chǔ)功率半導(dǎo)體器件吧。

臺(tái)灣朋程的經(jīng)驗(yàn)從另一個(gè)角度給我們以啟示。臺(tái)灣光寶旗下的Actron(朋程)，1998 年11月才新成立，但他們看準(zhǔn)美國(guó)MOTOROLA 想甩掉車用整流二極管的時(shí)機(jī)，果斷地買斷其技術(shù)，又集中公司技術(shù)力量，并在國(guó)際上聘請(qǐng)技術(shù)和管理精英，抓住機(jī)遇大上快上，使自己很快將成為超過(guò)德國(guó)BOSCH 的世界最大的車用雪崩整流二極管的生產(chǎn)基地。

德國(guó)BOSCH和日本電裝(Denso)更是我們學(xué)習(xí)和趕超的目標(biāo)，而朋程現(xiàn)在做到的，我們何時(shí)能做到呢?這應(yīng)該引起我們的深思。

2 重新認(rèn)識(shí)并認(rèn)真做好雪崩整流二極管

現(xiàn)代汽車工業(yè)大發(fā)展對(duì)車用整流二極管提出了全新的技術(shù)要求，原有的粗淺地對(duì)整流二極管的理解已非常不夠了，21 世紀(jì)的車用整流二極管都是高水平的雪崩整流二極管，擺在我們面前的不可回避的任務(wù)就是：重新認(rèn)識(shí)并從頭開始認(rèn)真做好車用雪崩整流二極管。

2.1 雪崩整流二極管

任何學(xué)習(xí)過(guò)半導(dǎo)體知識(shí)的人都知道什么叫雪崩整流二極管，那就讓我們?cè)僖淮蔚販毓手掳伞?/p>

首先從PiN 結(jié)構(gòu)、空間電荷區(qū)寬度錐m、雪崩擊穿電壓VB和最大電場(chǎng)強(qiáng)度Em入手，由突變結(jié)近似下的VB、Em、Xm的關(guān)系如圖2 所示。

一般來(lái)講，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到2伊105(V/ cm)時(shí)，二極管的雪崩特性都是很好的，顯然車用整流二極管無(wú)論是普通用200 V器件，還是先前稱謂的雪崩(19耀42)V 器件，都應(yīng)該是特性很好的雪崩整流二極管。

國(guó)內(nèi)很早就有人對(duì)雪崩整流二極管特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究[7]。顯然，簡(jiǎn)單的室溫硬轉(zhuǎn)折是不能稱謂雪崩整流二極管的，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雪崩整流二極管至少應(yīng)包含下列三個(gè)內(nèi)容。

公式(4)，(5)定量地給出了溫度對(duì)雪崩電壓的影響。

2)雪崩擊穿后，仍能恢復(fù)阻斷特性，即雪崩特性是可逆的。

雪崩特性的可逆性及其嵌位作用能確保車上所有的用電器件都長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。車用整流二極管器件對(duì)雪崩特性是可逆的提出了更高要求：額定結(jié)溫(嚴(yán)格講是等效結(jié)溫)已提高到200益、215益，目前已達(dá)到225益。

車用整流二極管的耐熱疲勞能力要求也越來(lái)越高，熱疲勞試驗(yàn)必須在一萬(wàn)次以上。

3)有足夠的反向過(guò)流能力和動(dòng)態(tài)雪崩能力。

雪崩整流二極管，不僅要有很高的耐正向通態(tài)浪涌電流的能力(IFSM)，而且還必須有很高的耐反向浪涌電流(IRSM)的能力，如規(guī)定在80 ms 的時(shí)間間隔內(nèi)，反向浪涌電流IRSM在數(shù)值上和正向通態(tài)正弦半波平均值IFAV相當(dāng)。

車用雪崩整流二極管的動(dòng)態(tài)雪崩能力(嚴(yán)格講，是動(dòng)態(tài)雪崩能量或叫功率)是重要的汽車電機(jī)電器的考核指標(biāo)，因?yàn)樗钅荏w現(xiàn)車用電器耐拋負(fù)載的能力。

如何提高整流二極管的反向過(guò)流能力和動(dòng)態(tài)雪崩能力，已是當(dāng)今研究整流二極管的一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)。

以上三點(diǎn)說(shuō)明，現(xiàn)代的車用雪崩整流二極管早已不是我們最初認(rèn)識(shí)的簡(jiǎn)單的二極管了，其動(dòng)態(tài)特性更是需要我們重新認(rèn)識(shí)的。[!--empirenews.page--]

2.2 雪崩整流二極管的檢測(cè)

2.2.1 雪崩整流二極管雪崩特性必要條件DVR

測(cè)試依據(jù)公式(4)(5)，按典型雪崩電壓值，經(jīng)計(jì)算得到的參數(shù)如表2 所列。

表2 中DVR判定值和DVR2判定值是這樣確定的：對(duì)于雪崩型整流二極管，依據(jù)VB 隨溫度T升高而線性增高的原理，巧妙地將對(duì)溫度的測(cè)試換成電流的測(cè)試，即給兩個(gè)不同的漏電流(即兩個(gè)不同的溫度)，看對(duì)應(yīng)的VB的差值，也就是看所謂DVR判定值。第一，駐VB 為正，即對(duì)應(yīng)T高的VB也高，第二，駐VB

雪崩電壓VB 和溫度(即漏電流)的關(guān)系曲線如圖3所示。

一般可以認(rèn)為在兩個(gè)不同漏電流(第一個(gè)漏電流取室溫附近的常規(guī)漏電流，第二個(gè)漏電流取其100 倍或更大些時(shí)的漏電流)下測(cè)試造成的溫差(如圖3 中的T2 和T1)，例如為20益，不同的雪崩電壓差的最大值就是DVR判定值，近似取DVR判定值

，表2 中的DVR 判定值就是這樣估出來(lái)的。

DVR2判定值是這樣確定的。DVR2 判定值對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電壓分別為：100 倍或更大些的漏電流對(duì)應(yīng)的雪崩電壓;再回到室溫附近漏電流時(shí)的雪崩電壓。由于再回到室溫漏電流時(shí)并立即測(cè)試，余溫還在(如圖3 中的T3)，故雪崩電壓比直接室溫時(shí)測(cè)得的電壓要高，當(dāng)然兩個(gè)電壓差小些，因此取DVR2判定值為DVR判定值的一半。

如果是雪崩特性，則有：第一，DVR2 值>0;第二，DVR2值

加上DVR2 判定值是為了再一次驗(yàn)證雪崩特性，所以此方法簡(jiǎn)單方便。

DVR 判定是判定器件雪崩特性的必要條件,即若不滿足DVR 和DVR2 判據(jù)，則一定不是雪崩器件，從而先期淘汰了部分不合格產(chǎn)品，這是DVR測(cè)試的本質(zhì)意義。

雪崩整流二極管通過(guò)了DVR 和DVR2判據(jù)，且還必須要滿足：雪崩擊穿后，仍能恢復(fù)阻斷特性且反向過(guò)流和動(dòng)態(tài)雪崩能力強(qiáng)，這是判定雪崩特性器件的充分條件。

2.2.2 熱敏電壓△VF—等效瞬態(tài)熱阻抗測(cè)試

通過(guò)結(jié)殼熱阻測(cè)試功率半導(dǎo)體器件的穩(wěn)態(tài)熱阻和瞬態(tài)熱阻抗是二極管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法。由于該方法復(fù)雜，測(cè)試功率大、時(shí)間長(zhǎng)，常常用于抽檢。

對(duì)于要求如此嚴(yán)格的車用整流二極管，抽檢肯定是不行的，必須實(shí)行嚴(yán)格地全檢。否則，少了熱特性的測(cè)試，還叫什么功率半導(dǎo)體器件?

采用熱敏電流測(cè)試結(jié)溫升是很早就有的方法。它也是巧妙地將熱特性測(cè)試轉(zhuǎn)變成電特性(通過(guò)熱敏電流、電壓)的測(cè)試。充分利用了二極管結(jié)壓降、體壓降和大小注入通態(tài)電流的不同關(guān)系，給出了熱敏電壓吟VF—等效瞬態(tài)熱阻抗測(cè)試方法[8]。

熱敏電壓吟VF—等效瞬態(tài)熱阻抗測(cè)試方法，雖然不是額定狀態(tài)下的測(cè)試，但其等效作用是相當(dāng)?shù)?，最大好處是可以?shí)行全檢。只有電熱特性都好的器件，才能確保三年，十萬(wàn)公里安全運(yùn)行。對(duì)此，參考文獻(xiàn)[9]進(jìn)行了詳細(xì)介紹，這里不再贅述。

2.2.3 反向浪涌電流IRSM和動(dòng)態(tài)雪崩能量(功率)

測(cè)試只有反復(fù)通過(guò)反向浪涌電流IRSM測(cè)試和動(dòng)態(tài)雪崩能量(功率)測(cè)試的二極管，才是真正合格的車用雪崩二極管。

國(guó)際通用的反向浪涌電流IRSM測(cè)試條件為方波，脈寬80 ms。

所謂動(dòng)態(tài)雪崩[10]是這樣一個(gè)瞬態(tài)(或叫暫態(tài))過(guò)程，瞬態(tài)加入器件的電壓雖然還沒有達(dá)到該器件的雪崩擊穿電壓，但是在過(guò)大的反向功率的加入后，兩者對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)之和足以使器件瞬間達(dá)到雪崩。

2.2.4 二極管雪崩特性的完整測(cè)試體系

對(duì)于雪崩整流二極管的雪崩特性測(cè)試必須建立起一個(gè)完整的科學(xué)的測(cè)試體系。以下給出一個(gè)完整測(cè)試體系的實(shí)例。

顯然，上述測(cè)試方法和體系是原整流二極管標(biāo)準(zhǔn)中所沒有的，因此也是必須增加的。

2.3 如何形成雪崩整流二極管的規(guī)模經(jīng)濟(jì)

若要研制生產(chǎn)出像BOSCH、Denso、Actron 一樣的車用整流二極管和整流橋，就必須充分借鑒他們成功的經(jīng)驗(yàn)，走他們?cè)?jīng)走過(guò)的道路，投入大體同樣的資金，進(jìn)行同他們大體相同的技術(shù)研究和科學(xué)創(chuàng)新。

從硅單晶、芯片工藝、歐姆接觸、臺(tái)面保護(hù)膠、焊接工藝、底座到裝配等，都要和BOSCH、Denso、Actron 同步接軌。

“底座設(shè)計(jì)要像BOSCH 一樣科學(xué)合理”，在真空井式爐并氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行氫氣還原焊接，“要采用一次焊接(OJ)工藝”，并“扶植起一次焊接(OJ)工藝的車用整流二極管的規(guī)?；瘜I(yè)生產(chǎn)廠”，整流橋的裝配結(jié)構(gòu)也要進(jìn)行根本性的改造，“為車用整流二極管在一類汽車廠替代進(jìn)口、實(shí)現(xiàn)本土化作好技術(shù)準(zhǔn)備”[11]。

要盡快建立起雪崩整流二極管的完整的測(cè)試體系，完善從高溫交流反偏試驗(yàn)、熱疲勞試驗(yàn)一直到上機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)等全部例行試驗(yàn)規(guī)程。

在我國(guó)建造國(guó)際一流的車用整流二極管生產(chǎn)基地是當(dāng)前擺在我們功率半導(dǎo)體工作者面前的任務(wù)之一[12]。

3 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)上述的討論明確認(rèn)識(shí)到，低端產(chǎn)品必須淘汰(非雪崩特性及雪崩特性不好的器件淘汰，檢測(cè)條件不具備的企業(yè)停產(chǎn)，熱疲勞水平低的產(chǎn)品不準(zhǔn)流入市場(chǎng))，產(chǎn)品升級(jí)勢(shì)在必然。電子元器件“大進(jìn)大出”的現(xiàn)象，即出口產(chǎn)品附加值低，而國(guó)內(nèi)整機(jī)發(fā)展急需的高端核心元器件又長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面必須結(jié)束[13]。

2)希望產(chǎn)、學(xué)、研各界的功率半導(dǎo)體科技工作者密切攜起手來(lái)，對(duì)車用雪崩二極管這一特定的領(lǐng)域，按照完整的系統(tǒng)工程，首先從科學(xué)技術(shù)角度，面向基層、面向工業(yè)急需，迎頭趕在世界的最前面。

3)政府的組織領(lǐng)導(dǎo)是必要的。相關(guān)主管部門認(rèn)真搞好調(diào)查研究和經(jīng)濟(jì)分析，組織和引導(dǎo)車用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的改組、整合工作，真正實(shí)現(xiàn)零部件的產(chǎn)業(yè)化，盡快建立起我們中國(guó)自己的國(guó)際一流的車用雪崩整流二極管生產(chǎn)基地。汽車研發(fā)、生產(chǎn)已完全國(guó)際化，車用整流二極管的研發(fā)、生產(chǎn)也必須國(guó)際化。小舟小船、小打小鬧自行發(fā)展的時(shí)代該結(jié)束了。

4)類似車用二極管這樣的產(chǎn)業(yè)還有很多，如焊接專用二極管、高頻電鍍專用二極管等，關(guān)乎國(guó)計(jì)民生，絕不可小覷，也必須出重拳才能搞好。

注：本文曾在中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)七屆二次理事會(huì)暨報(bào)告會(huì)(連云港市，2009-9-12)上宣讀，此次重發(fā)，作者做了些許修改。