CN105552873A - 一种浪涌防护器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种浪涌防护器件，包括：N型衬底，所述N型衬底整个背面设有背面P阱层，所述N型衬底的正面设有正面P阱层，所述正面P阱层的一侧设有N+注入区。本发明的浪涌防护器件由于将TVS、TSS集成在了一起，其在经受正向浪涌时，表现为TVS特性；经受到负向浪涌时，表现为TSS特性，完全解决了应用中需要用一颗TVS和一颗TSS串联使用的问题，而且该浪涌防护器件集成度高、产品成本较低，方便连接外部电路、应用简便。

Description

一种浪涌防护器件
技术领域
本发明涉及过压保护产品领域，特别是涉及一种浪涌防护器件。
背景技术
目前，通常作为浪涌防护器件使用的半导体器件主要有以下两种：一是瞬态抑制二极管(英文译为TRANSIENTVOLTAGESUPPRESSOR，简称TVS)，TVS是一种电压钳位型保护器件，当其两端的电压超过反向击穿电压时，TVS迅速的由高阻态变为低阻态，将电压稳定在钳位电压，从而保护了与其并联的其他电子器件；二是半导体放电管(英文译为THYRISTORSURGESUPPRESSOR，简称TSS)，TSS是一种电压开关型保护器件，当其两端的电压超过反向击穿电压时，TSS迅速的由高阻态变为低阻态，将电压下降到几乎为零，从而保护了与其并联的其他电子器件。
在具体的应用场景，需要根据被保护电子器件的工作性能，选择适当的浪涌防护器件。例如，在浪涌电压既可能为正向也可能为反向的情况下，需要将单向TVS与TSS串联起来使用，当经受正向浪涌时，单向TVS将浪涌电压钳位至被保护电子器件的正常工作电压范围内；当经受反向浪涌时，TSS将浪涌电压释放至接近于短路，使被保护电子器件不致于承受过大的反向电压而损坏。而同时，为了使电路更加简化和集成化，目前普遍的做法是：将需要串联起来的单向TVS与TSS的晶片手工叠起来进行封装，该封装件结构复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浪涌防护器件，既能够为电路提供正向浪涌防护和反向浪涌防护，且集成度更高，结构简单，成本低廉。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种浪涌防护器件，包括：
N型衬底，所述N型衬底整个背面设有背面P阱层，所述N型衬底的正面设有正面P阱层，所述正面P阱层的一侧设有N+注入区。
进一步的，所述正面P阱层为分别位于两侧的正面深P阱层和正面浅P阱层，所述正面浅P阱层设置在设有N+注入区的那一侧。
进一步的，所述正面浅P阱层下方设有正面深N阱。
进一步的，所述背面P阱层为分别位于两侧的背面深P阱层和背面浅P阱层，所述背面深P阱层设置在设有N+注入区的那一侧。
进一步的，在所述背面浅P阱层上设有背面深N阱。
进一步的，所述背面深P阱层设有多个分开的深P阱。
进一步的，所述N+注入区设有多个。
进一步的，所述多个N+注入区之间设有短路孔，所述短路孔阻抗大。
本发明的浪涌防护器件由于将TVS、TSS集成在了一起，其在经受正向浪涌时，表现为TVS特性；经受到负向浪涌时，表现为TSS特性，完全解决了应用中需要用一颗TVS和一颗TSS串联使用的问题。而且该浪涌防护器件集成度高、产品成本较低，方便连接外部电路、应用简便。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例一提供的浪涌防护器件的剖面示意图；
图2是本发明实施例提供的浪涌防护器件的等效电路图；
图3是本发明实施例二提供的浪涌防护器件的剖面示意图；
图4是本发明实施例三提供的浪涌防护器件的剖面示意图；
图5是本发明实施例四提供的浪涌防护器件的剖面示意图；
图6是本发明实施例五提供的浪涌防护器件的剖面示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。
请参阅图1，图1是本发明实施例一提供的浪涌防护器件的剖面示意图。如图1所示，本实施例的浪涌防护器件1包括：外接导线的金属层11，N型衬底，所述N型衬底整个背面设有背面P阱层，所述N型衬底的正面设有正面P阱层，所述正面P阱层的一侧设有N+注入区。
优选的，所述N+注入区设有多个，用来调节器件的维持电流和维持电压。在另一优选实施例中，所述多个N+注入区之间设有短路孔12，所述短路孔12阻抗大。所述短路孔用来提高该器件的抗干扰能力。由于器件面积过大，如果没有短路孔，器件会出现电流集中在某一部分，而另一部分没有电流通过，对器件的性能也会产生不利影响。
请结合参阅图2，图2是本发明实施例提供的浪涌防护器件的等效电路图，以下将结合图1与图2来描述本发明提供的浪涌防护器件的工作过程：
1、当器件受到正向浪涌冲击时，N型衬底-背面P阱所形成的反向PN结发生雪崩击穿，从而泄放掉浪涌电流。同时，器件右边的结构为N+注入-正面P阱-N型衬底-背面P阱，由于耐压高，将不会开启。所以当正向浪涌来临时，浪涌通过器件左边的正面P阱-N型衬底-背面P阱区域泄放掉。此时，该器件表现出的是TVS性能。当浪涌结束后，器件马上关断，不会出现续流的问题。
2、当器件受到负向浪涌冲击时，由于N+注入-正面P阱形成的反向二极管耐压高，而N型衬底-正面P阱形成的反向二极管耐压低，所以N型衬底-正面P阱发生雪崩击穿，发生击穿后漏电流通过短路孔形成压降。当该压降大于正面P阱-N+注入的正向压降时，背面P阱-N型衬底-正面P阱-N+注入形成的PNPN结构发生正反馈。当浪涌通过后，由于背面P阱接在低电位，器件马上关断，也不会出现续流的问题。
通过上述描述可见，该器件的工作电路就等效于图2中TVS与TSS并联的电路。
本实施例具有以下优点：
本发明的浪涌防护器件由于将TVS、TSS集成在了一起，其在经受正向浪涌时，表现为TVS特性；经受到负向浪涌时，表现为TSS特性，完全解决了应用中需要用一颗TVS和一颗TSS串联使用的问题。而且该浪涌防护器件集成度高、产品成本较低，方便连接外部电路、应用简便。
请参阅图3，图3是本发明实施例二提供的浪涌防护器件的剖面示意图。如图3所示，本实施例的浪涌防护器件包括：N型衬底，所述N型衬底整个背面设有背面P阱层，所述N型衬底的正面设有正面P阱层，所述正面P阱层为分别位于两侧的正面深P阱层和正面浅P阱层，所述正面浅P阱层设置在设有N+注入区的那一侧。
本实施例与图1对应的实施例一具有以下区别：正面P阱层为分别位于两侧的正面深P阱层和正面浅P阱层，所述正面浅P阱层设置在设有N+注入区的那一侧。其余部件均与实施例一相同，此处不再赘述。其优点在于：
1、当器件受到正向浪涌冲击时，N型衬底-背面P阱所形成的反向PN结发生雪崩击穿，从而泄放掉浪涌电流。正面深P阱-N型衬底-背面P阱形成的三极管结构有较小的负阻特性，可以有效的降低残压和提高浪涌泄放能力。同时，器件右边的结构为N+注入-正面浅P阱-N型衬底-背面P阱，由于耐压高，将不会开启。所以当正向浪涌来临时，浪涌通过器件左边的正面深P阱-N型衬底-背面P阱区域泄放掉。此时，该器件表现出的是TVS性能。当浪涌结束后，器件马上关断，不会出现续流的问题。
2、当器件受到负向浪涌冲击时，由于N+注入-正面深P阱形成的反向二极管耐压高，而N型衬底-正面浅P阱形成的反向二极管耐压低，所以N型衬底-正面浅P阱发生雪崩击穿，发生击穿后漏电流通过短路孔形成压降。当该压降大于正面浅P阱-N+注入的正向压降时，背面P阱-N型衬底-正面浅P阱-N+注入形成的PNPN结构发生正反馈。当浪涌通过后，由于背面P阱接在低电位，器件马上关断，也不会出现续流的问题。
本实施例具有以下优点：
本发明的浪涌防护器件由于将TVS、TSS集成在了一起，其在经受正向浪涌时，表现为TVS特性；经受到负向浪涌时，表现为TSS特性，完全解决了应用中需要用一颗TVS和一颗TSS串联使用的问题。而且该浪涌防护器件集成度高、产品成本较低，方便连接外部电路、应用简便。
请参阅图4，图4是本发明实施例三提供的浪涌防护器件的剖面示意图。如图4所示，本实施例的浪涌防护器件包括：N型衬底，所述N型衬底整个背面设有背面P阱层，所述N型衬底的正面设有正面P阱层，所述正面P阱层的右侧设有N+注入区，所述背面P阱层为分别位于两侧的背面深P阱层和背面浅P阱层，所述背面深P阱层设置在设有N+注入区的那一侧。
本实施例与图1对应的实施例一具有以下区别：所述背面P阱层为分别位于两侧的背面深P阱层和背面浅P阱层，所述背面深P阱层设置在设有N+注入区的那一侧。其余部件均与实施例一相同，此处不再赘述。其优点在于，当器件受到反向浪涌冲击时，背面深P阱层的设置可以提高器件的浪涌泄放能力，以及降低残压。
在另一优选实施例四中，请结合参考图5，所述背面深P阱层设有多个分开的深P阱。其优点在于：增加背面深P阱-N型衬底的结面积，进一步提高器件的反向浪涌泄放能力。
其工作过程与图1所述实施例相同，此处不再赘述。
本实施例具有以下优点：
本发明的浪涌防护器件由于将TVS、TSS集成在了一起，其在经受正向浪涌时，表现为TVS特性；经受到负向浪涌时，表现为TSS特性，完全解决了应用中需要用一颗TVS和一颗TSS串联使用的问题。而且该浪涌防护器件集成度高、产品成本较低，方便连接外部电路、应用简便。
请参阅图6，图6是本发明实施例五提供的浪涌防护器件的剖面示意图。如图5所示，本实施例的浪涌防护器件包括：N型衬底，所述N型衬底整个背面设有分别位于两侧的背面深P阱层和背面浅P阱层，所述背面深P阱层设置在设有N+注入区的那一侧，所述N型衬底正面设有分别位于两侧的正面深P阱层和正面浅P阱层，所述正面浅P阱层上设有N+注入区，所述正面浅P阱层下方设有正面深N阱，所述背面浅P阱层上设有背面深N阱。
本实施例与图4对应的实施例三具有以下区别：所述正面浅P阱层下方设有正面深N阱，所述背面浅P阱层上设有背面深N阱。其余部件均与实施例三相同，此处不再赘述。其优点在于，可以通过调节所述正面深N阱，调节器件经受反向涌浪时的击穿电压；可以通过调节所述背面深N阱，调节器件经受正向涌浪时的击穿电压，同时进一步提高器件的正向浪涌泄放能力，以及降低残压。
其工作过程与图1所述实施例相同，此处不再赘述。
本实施例具有以下优点：
本发明的浪涌防护器件由于将TVS、TSS集成在了一起，其在经受正向浪涌时，表现为TVS特性；经受到负向浪涌时，表现为TSS特性，完全解决了应用中需要用一颗TVS和一颗TSS串联使用的问题。而且该浪涌防护器件集成度高、产品成本较低，方便连接外部电路、应用简便。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种浪涌防护器件，其特征在于，包括：
N型衬底，所述N型衬底整个背面设有背面P阱层，所述N型衬底的正面设有正面P阱层，所述正面P阱层的一侧设有N+注入区。
2.根据权利要求1所述的浪涌防护器件，其特征在于：
所述正面P阱层为分别位于两侧的正面深P阱层和正面浅P阱层，所述正面浅P阱层设置在设有N+注入区的那一侧。
3.根据权利要求2所述的浪涌防护器件，其特征在于：
所述正面浅P阱层下方设有正面深N阱。
4.根据权利要求1所述的浪涌防护器件，其特征在于：
所述背面P阱层为分别位于两侧的背面深P阱层和背面浅P阱层，所述背面深P阱层设置在设有N+注入区的那一侧。
5.根据权利要求4所述的浪涌防护器件，其特征在于：
在所述背面浅P阱层上设有背面深N阱。
6.根据权利要求4所述的浪涌防护器件，其特征在于：
所述背面深P阱层设有多个分开的深P阱。
7.根据权利要求1所述的浪涌防护器件，其特征在于：
所述N+注入区设有多个。
8.根据权利要求7所述的浪涌防护器件，其特征在于：
所述多个N+注入区之间设有短路孔，所述短路孔阻抗大。
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