0 引言

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

中國汽車工業(yè)發(fā)展階段，正如中國內(nèi)燃機工業(yè)協(xié)會電機電器分會《協(xié)會通訊》所指出：“從千人汽車保有量、千人汽車銷量和汽車與平均GDP 的相對價格等各方面來看，中國汽車工業(yè)發(fā)展階段，與日本1960 年代初期和韓國1980 年代中期相當。日本和韓國在其汽車工業(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)合增長率到20.9%和22.2%……中國汽車工業(yè)也將在10 年內(nèi)保持15%以上的年度復(fù)合增長率……”“即使考慮到當前經(jīng)濟衰退的影響，(最遲)2010 年開始，我國汽車行業(yè)也必將進入下個黃金10 年的高速增長期。”[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)必將迎來快速發(fā)展的大好時期。”中國汽車工業(yè)協(xié)會政策研究會副主任陳炳炎認為，“只有零部件企業(yè)在研發(fā)上先走一步，帶動整車企業(yè)的研發(fā)，才有可能縮小中國企業(yè)與世界先進水平的差距。因此，未來20 年將是中國汽車零部件企業(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)必將迎來快速發(fā)展的新時期。

1 現(xiàn)狀和問題

然而，我國汽車零部件的現(xiàn)狀不容樂觀。

正如中國內(nèi)燃機電機電器行業(yè)協(xié)會秘書長徐國昌的分析：“我國內(nèi)燃機兩機(指發(fā)電機和起動機)關(guān)鍵零部件的發(fā)展依然嚴重滯后，發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器、整流器、軸承、起動機電磁開關(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)電機電壓調(diào)節(jié)器和整流器等主要依靠進口。”[3]內(nèi)燃機電機電器主要指起動機和發(fā)電機及其零部件，其中完全由整流二極管構(gòu)成的整流器(無論是11 管還是17管的)是其主要零部件。

車用交流發(fā)電機的原理如圖1 所示。

圖1 中的(a)圖是車用交流發(fā)電機(含整流器和調(diào)節(jié)器)原理圖，(b)圖則是提取出來的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 是中性點二極管，目的是利用發(fā)電機中性點的三次諧波電壓提高發(fā)電機的輸出效率;D9耀D11 是輔二極管，也叫勵磁二極管，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單的整流二極管。無論是(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單的二極管多少年來卻都完全依靠進口，幾乎被德國BOSCH、美國MOTOROLA(現(xiàn)為臺灣朋程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，中國內(nèi)燃機電機電器行業(yè)協(xié)會秘書長徐國昌認為：“國外汽車零部件巨頭擠占我國內(nèi)燃機汽車電機電器市場，以他們強大的技術(shù)、資金、管理以及與國外整車和整機廠商的特殊關(guān)系等優(yōu)勢，強勢侵入我國汽車電機電器市場，造成我國民族工業(yè)企業(yè)經(jīng)營極大困難。”[4]幾十年來，我國的車用整流二極管工廠是“主機市場進不去，就去占領(lǐng)配件市場”，并造成“假冒偽劣產(chǎn)品充斥配件市場”[4]的局面，如此狀況不解決,發(fā)展我們民族汽車工業(yè)勢必只成為一句空話。中國制造的只能是貼牌汽車，核心技術(shù)仍然是外國的，我們照樣是給外國人打工。

嚴重的問題早已擺在我國功率半導(dǎo)體事業(yè)的決策者和研究者面前，而我國的功率半導(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，無暇顧及這一所謂“特別簡單”的領(lǐng)域。就像一談可控硅，馬上就有人出來說：我們早在幾十年前就研究過了，然而每年當國外大量的所謂高檔普通可控硅、功率二極管大舉占領(lǐng)中國市場時，又有哪位決策者站出來，投入巨大資金好好干一番呢。如今當國際上再次提出“二極管在當今功率半導(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)廠商對生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良的二極管投入巨大”[5]時，我們該好好反思一下，不要輕視那些我們曾經(jīng)研究過然而卻沒有研究到底，并且沒有做出巨大經(jīng)濟效益的，時至今天發(fā)展仍然很大的那些基礎(chǔ)功率半導(dǎo)體器件吧。

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

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

2 重新認識并認真做好雪崩整流二極管

現(xiàn)代汽車工業(yè)大發(fā)展對車用整流二極管提出了全新的技術(shù)要求，原有的粗淺地對整流二極管的理解已非常不夠了，21 世紀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：重新認識并從頭開始認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)過半導(dǎo)體知識的人都知道什么叫雪崩整流二極管，那就讓我們再一次地溫故知新吧。

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和最大電場強度Em入手，由突變結(jié)近似下的VB、Em、Xm的關(guān)系如圖2 所示。

一般來講，當電場強度達到2伊105(V/ cm)時，二極管的雪崩特性都是很好的，顯然車用整流二極管無論是普通用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。

國內(nèi)很早就有人對雪崩整流二極管特性進行了詳細的研究[7]。顯然，簡單的室溫硬轉(zhuǎn)折是不能稱謂雪崩整流二極管的，一個標準的雪崩整流二極管至少應(yīng)包含下列三個內(nèi)容。

公式(4)，(5)定量地給出了溫度對雪崩電壓的影響。

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期安全可靠運行。車用整流二極管器件對雪崩特性是可逆的提出了更高要求：額定結(jié)溫(嚴格講是等效結(jié)溫)已提高到200益、215益，目前已達到225益。

車用整流二極管的耐熱疲勞能力要求也越來越高，熱疲勞試驗必須在一萬次以上。

3)有足夠的反向過流能力和動態(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。

車用雪崩整流二極管的動態(tài)雪崩能力(嚴格講，是動態(tài)雪崩能量或叫功率)是重要的汽車電機電器的考核指標，因為它最能體現(xiàn)車用電器耐拋負載的能力。

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

以上三點說明，現(xiàn)代的車用雪崩整流二極管早已不是我們最初認識的簡單的二極管了，其動態(tài)特性更是需要我們重新認識的。[!--empirenews.page--]

2.2 雪崩整流二極管的檢測

2.2.1 雪崩整流二極管雪崩特性必要條件DVR

測試依據(jù)公式(4)(5)，按典型雪崩電壓值，經(jīng)計算得到的參數(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，巧妙地將對溫度的測試換成電流的測試，即給兩個不同的漏電流(即兩個不同的溫度)，看對應(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。

一般可以認為在兩個不同漏電流(第一個漏電流取室溫附近的常規(guī)漏電流，第二個漏電流取其100 倍或更大些時的漏電流)下測試造成的溫差(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的。

DVR2判定值是這樣確定的。DVR2 判定值對應(yīng)的兩個電壓分別為：100 倍或更大些的漏電流對應(yīng)的雪崩電壓;再回到室溫附近漏電流時的雪崩電壓。由于再回到室溫漏電流時并立即測試，余溫還在(如圖3 中的T3)，故雪崩電壓比直接室溫時測得的電壓要高，當然兩個電壓差小些，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證雪崩特性，所以此方法簡單方便。

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測試的本質(zhì)意義。

雪崩整流二極管通過了DVR 和DVR2判據(jù)，且還必須要滿足：雪崩擊穿后，仍能恢復(fù)阻斷特性且反向過流和動態(tài)雪崩能力強，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)熱阻抗測試

通過結(jié)殼熱阻測試功率半導(dǎo)體器件的穩(wěn)態(tài)熱阻和瞬態(tài)熱阻抗是二極管標準規(guī)定的方法。由于該方法復(fù)雜，測試功率大、時間長，常常用于抽檢。

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

采用熱敏電流測試結(jié)溫升是很早就有的方法。它也是巧妙地將熱特性測試轉(zhuǎn)變成電特性(通過熱敏電流、電壓)的測試。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)熱阻抗測試方法[8]。

熱敏電壓吟VF—等效瞬態(tài)熱阻抗測試方法，雖然不是額定狀態(tài)下的測試，但其等效作用是相當?shù)?，最大好處是可以實行全檢。只有電熱特性都好的器件，才能確保三年，十萬公里安全運行。對此，參考文獻[9]進行了詳細介紹，這里不再贅述。

2.2.3 反向浪涌電流IRSM和動態(tài)雪崩能量(功率)

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

國際通用的反向浪涌電流IRSM測試條件為方波，脈寬80 ms。

所謂動態(tài)雪崩[10]是這樣一個瞬態(tài)(或叫暫態(tài))過程，瞬態(tài)加入器件的電壓雖然還沒有達到該器件的雪崩擊穿電壓，但是在過大的反向功率的加入后，兩者對電場強度的貢獻之和足以使器件瞬間達到雪崩。

2.2.4 二極管雪崩特性的完整測試體系

對于雪崩整流二極管的雪崩特性測試必須建立起一個完整的科學(xué)的測試體系。以下給出一個完整測試體系的實例。

顯然，上述測試方法和體系是原整流二極管標準中所沒有的，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

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，走他們曾經(jīng)走過的道路，投入大體同樣的資金，進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、臺面保護膠、焊接工藝、底座到裝配等，都要和BOSCH、Denso、Actron 同步接軌。

“底座設(shè)計要像BOSCH 一樣科學(xué)合理”，在真空井式爐并氮氣保護下進行氫氣還原焊接，“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)模化專業(yè)生產(chǎn)廠”，整流橋的裝配結(jié)構(gòu)也要進行根本性的改造，“為車用整流二極管在一類汽車廠替代進口、實現(xiàn)本土化作好技術(shù)準備”[11]。

要盡快建立起雪崩整流二極管的完整的測試體系，完善從高溫交流反偏試驗、熱疲勞試驗一直到上機運行試驗等全部例行試驗規(guī)程。

在我國建造國際一流的車用整流二極管生產(chǎn)基地是當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

1)通過上述的討論明確認識到，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，檢測條件不具備的企業(yè)停產(chǎn)，熱疲勞水平低的產(chǎn)品不準流入市場)，產(chǎn)品升級勢在必然。電子元器件“大進大出”的現(xiàn)象，即出口產(chǎn)品附加值低，而國內(nèi)整機發(fā)展急需的高端核心元器件又長期依賴進口的局面必須結(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，對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)主管部門認真搞好調(diào)查研究和經(jīng)濟分析，組織和引導(dǎo)車用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的改組、整合工作，真正實現(xiàn)零部件的產(chǎn)業(yè)化，盡快建立起我們中國自己的國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)已完全國際化，車用整流二極管的研發(fā)、生產(chǎn)也必須國際化。小舟小船、小打小鬧自行發(fā)展的時代該結(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)乎國計民生，絕不可小覷，也必須出重拳才能搞好。

注：本文曾在中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會七屆二次理事會暨報告會(連云港市，2009-9-12)上宣讀，此次重發(fā)，作者做了些許修改。