CN204946897U - 一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管器件的封装结构。器件包括两个反向额定电压相同的GaN基肖特基二极管与Si基二极管，通过将Si基二极管直接焊接到GaN基肖特基二极管的阴极上，并通过引线连接两种管子的阳极，形成并联结构。使得器件在反向工作时，当反向耐压超过器件的反向额定电压时，通过Si基二极管的雪崩击穿效应，固定反向电压，并且通过Si基二极管的雪崩效应产生雪崩电流，反馈给保护电路。从而保护器件本身以及整个电路系统，增强器件和电路的安全性与稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电子器件制造以及电力电子电路领域，尤其设计一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构。
背景技术
GaN基半导体材料由于具有宽禁带、高电子迁移速度、高热导率、耐腐蚀，抗辐射等突出优点，在制作高温、高频、大功率电子器件方面有着独特的优势。
GaN基高压肖特基二极管由于相较于Si基二极管器件具有更低的导通电阻，更高的反向耐压，以及极短的反向恢复时间，以及比SiC基二极管器件具有更低的价格，得到了广泛的研究和发展。
但是，由于肖特基二极管在反向工作时，随着耐压的升高会发生肖特基势垒降低效应和势垒隧穿效应，这样就会使得器件反向工作时的漏电流大大升高。GaN材料高的缺陷密度，也会升高器件反向工作时的漏电流。由于GaN材料高的击穿雪崩击穿电场，在器件的反向漏电流很高时也很难达到雪崩击穿。这样就会使得所设计GaN基肖特基二极管器件的反向额定电压远低于材料发生雪崩击穿时的耐压。
然而，对于Si基高压二极管材料，由于Si材料低的雪崩击穿电场，当反向电压超过器件反向额定电压时会发生雪崩击穿。在实际电路中，当电路不稳定，使得器件反向工作电压高于额定电压达到雪崩击穿电压时，由于雪崩效应使得器件上反向电压固定。固定反向电压下直线上升的反向漏电流，也会触发电路中的保护装置，从而保护整个电力电子系统。
对于GaN基肖特基二极管器件，当反向电压高于GaN基肖特基二极管的反向额定压时，由于不会雪崩击穿，反向电压不能固定。在不稳定的电路中，会发生反向电压与反向漏电流同时上升的现象。而过高的反向电压与反向漏电流不但会增加电路的功耗，而且会对功率器件自身以及电路产生破坏作用。在电路设计中，缺少了雪崩电流的反馈作用，也会增加反馈电路的设计难度。
因此，GaN基肖特基二极管的反向工作特性需要改进。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的旨在解决常规GaN基肖特基二极管在实际应用中，反向工作时，不能固定反向压降在额定值，不能形成雪崩电流反馈的问题。
为了实现上述发明目的的其技术方案为，一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构,该结构包括反向耐压大于或者等于设计所需反向额定电压的GaN基肖特基二极管，反向额定电压等于设计要求反向额定电压的垂直结构的Si基二极管；其连线方式为所述GaN基肖特基二极管衬底被焊接到封装材料的绝缘基板上；所述Si基二极管的阴极被直接焊接到GaN基肖特基二极管的阴极上；上述所述Si基二极管的阳极通过金属引线与GaN基肖特基二极管的阳极相连，通过引线引出整个模块的阳极与阴极。
其中，所述的GaN基肖特基二极管包括：GaN体材料肖特基二极管、AlGaN/GaNHEMTs肖特基二极管；所述的硅基二极管包含肖特基结构和PIN结构。
其中，当单个GaN基肖特基二极管的正向额定电流不能达到设计要求的器件正向额定电流的要求，所述的GaN基肖特基二极管是由两个或者两个以上的GaN基肖特基二极管器件相互并联形成的模块。
其中，当单个GaN基肖特基二极管的反向额定电压不能达到设计要求的器件反向额定电压时，所述的GaN基肖特基二极管是由两个或者两个以上的GaN基肖特基二极管器件相互串联形成模块。
其中，所述的Si基二极管，当单个Si基二极管的反向额定电压不能达到设计要求的反向额定电压时，所述的Si基二极管是由两个或者两个以上Si基二极管相互串联形成的模块，其总额定电压等于设计要求的反向额定电压。
其中，该结构所采用的封装结构形式包括：TO封装、DBC封装、MCM封装。
上述一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构的制作方法包括以下步骤：。
步骤一：选择反向耐压大于或者等于设计所需反向额定电压的GaN基肖特基二极管。
步骤二：选择反向额定电压等于设计要求反向额定电压的垂直结构的Si基二极管。
步骤三：将GaN基肖特基二极管衬底焊接到封装材料的绝缘基板上
步骤四：将Si基二极管的阴极直接焊接到GaN基肖特基二极管的阴极上
步骤五：将Si基二极管的阳极通过金属引线与GaN基肖特基二极管的阳极相连。
步骤六：通过引线引出整个模块的阳极与阴极。
其中步骤一所采用的GaN基肖特基二极管包括：GaN体材料肖特基二极管、AlGaN/GaNHEMTs肖特基二极管。
其中步骤二中所采用的Si基二极管包括：肖特基结构与PiN结构的二极管。
其中，当单个Si基二极管的反向额定电压不能达到设计要求的反向额定电压时，步骤二中所述的Si基二极管为两个或者两个以上Si基二极管相互串联形成的模块，其总额定电压等于设计要求的反向额定电压。
其中，当单个GaN基肖特基二极管的正向额定电流不能达到设计要求的器件正向额定电流的要求，步骤一中所述的GaN基肖特基二极管为两个或者两个以上的GaN基肖特基二极管器件相互并联形成的并联模块。Si基二极管模块只需焊接到其中任意一个GaN基肖特基二极管的阴极上。
其中，当单个GaN基肖特基二极管的反向额定电压不能达到设计要求的器件反向额定电压时。步骤一中所述的GaN基肖特基二极管为两个或者两个以上的GaN基肖特基二极管器件相互串联形成的串联模块。Si基二极管需安装到GaN基肖特基二极管并联模块的最后一个GaN基肖特基二极管的阴极上
其中，本发明所采用的封装结构包括：TO封装、DBC封装、MCM封装
附图说明
附图1是将一个GaN基肖特基二极管与一个Si基二极管并联封装为一个模块的结构示意图。
附图2是将两个GaN基肖特基二极管与一个Si基二极管并联封装为一个模块的结构示意图
附图3是将一个GaN基肖特基二极管与一个垂直串联焊接的Si基二极管模块封装为一个模块的结构示意图。
附图4是将串联GaN基肖特基二极管与一个Si基二极管模块封装为一个模块的结构示意图。
具体实施方式
本发明中应用Si基二极管与GaN基肖特基二极管并联并封装为模块，利用了Si基二极管雪崩击穿效应，固定反向压降，形成雪崩电流反馈，从而保护了器件与电路。使GaN基肖特基二极管具有了雪崩击穿特性。
为进一步说明本发明的特征和技术方案，以下结合附图通过具体实施例的描述，进一步详细说明本发明的结构、优点和性能。
实施实例一
如附图1所示，将GaN基肖特基二极管2的衬底焊接到绝缘基板1上，通过金属焊接的方式将垂直结构的Si基二极管3的阴极焊接到GaN基肖特基二极管的阴极7上。通过金属引线4将GaN基肖特基二极管的阳极8与Si基二极管的阳极9相连。通过金属引线分别引出整个封装模块的阳极5与阴极6。
实施实例二
为了达到封装模块正向电流的需求，也可以将n个GaN基肖特基二极管相互并联，并将其中一个的阴极焊接上Si基二极管。
如附图2所示，将两个GaN基肖特基二极管2的衬底焊接到基板1上，通过金属焊接的方式将垂直结构的Si基二极管3的阴极焊接到其中一个GaN基肖特基二极管的阴极7上。通过金属引线4将GaN基肖特基二极管的阳极8与Si基二极管的阳极9相连。通过金属引线分别引出整个封装模块的阳极5与阴极6。
实施实例三
若单个Si基二极管的反向额定电压不能达到与GaN基肖特基二极管相同两级，也可以将n个Si基二极管相互串联，并垂直焊接为模块。将Si基二极管模块焊接到GaN基肖特基二极管的阴极上。
如附图3所示，将GaN基肖特基二极管2的衬底焊接到基板1上，通过金属焊接的方式将垂直结构的Si基二极管3的阴极焊接到GaN基肖特基二极管的阴极7上。通过金属引线4将GaN基肖特基二极管的阳极8与Si基二极管的阳极9相连。通过金属引线分别引出整个封装模块的阳极5与阴极6。
实施实例四
若单个GaN基肖特基二极管的反向额定电压不能达到设计所需要求，也可以将n个GaN基肖特基二极管相互串联，选择一个与串联GaN基肖特基二极管模块总反向额定电压相同的Si基二极管，将它焊接到串联GaN基肖特基二极管模块阴极位置的GaN基肖特基二极管上。将Si基二极管的阳极与串联GaN基肖特基二极管的阳极通过引线连接，封装为模块
如附图4所示，将2个GaN基肖特基二极管2的衬底焊接到封装基板1上，通过引线10将两个GaN基肖特基二极管相互串联，通过金属焊接的方式将垂直结构的Si基二极管3的阴极焊接到串联GaN基肖特基二极管模块的阴极7上。通过金属引线4将GaN基肖特基二极管模块的阳极8与Si基二极管的阳极9相连。通过金属引线分别引出整个封装模块的阳极5与阴极6。
上面结合附图对本发明的实施实例做了详细说明，但是本发明不限于上述实施实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构,其特征是，该结构包括反向耐压大于或者等于设计所需反向额定电压的GaN基肖特基二极管，反向额定电压等于设计要求反向额定电压的垂直结构的Si基二极管；
其中，所述GaN基肖特基二极管衬底被焊接到封装材料的绝缘基板上；
其中，所述Si基二极管的阴极被直接焊接到GaN基肖特基二极管的阴极上；
所述Si基二极管的阳极通过金属引线与GaN基肖特基二极管的阳极相连，通过引线引出整个模块的阳极与阴极。
2.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构，其特征是，GaN基肖特基二极管包括：GaN体材料肖特基二极管、AlGaN/GaNHEMTs肖特基二极管；硅基二极管包含肖特基结构和PIN结构。
3.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构，其特征是，当单个GaN基肖特基二极管的正向额定电流不能达到设计要求的器件正向额定电流的要求，所述的GaN基肖特基二极管是由两个或者两个以上的GaN基肖特基二极管器件相互并联形成的模块。
4.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构，其特征是，当单个GaN基肖特基二极管的反向额定电压不能达到设计要求的器件反向额定电压时，所述的GaN基肖特基二极管是由两个或者两个以上的GaN基肖特基二极管器件相互串联形成模块。
5.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构，其特征是，所述的Si基二极管，当单个Si基二极管的反向额定电压不能达到设计要求的反向额定电压时，所述的Si基二极管是由两个或者两个以上Si基二极管相互串联形成的模块，其总额定电压等于设计要求的反向额定电压。
6.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构，其特征是，其中所采用的封装结构形式包括：TO封装、DBC封装、MCM封装。
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