CN108122994A - 一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二极管设计技术领域，尤其是一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，由低电容二极管管芯、铜片、大功率瞬态电压抑制二极管管芯依次串联，其中低电容二极管管芯和大功率瞬态电压抑制二极管管芯为共阴极串联连接，并且对大功率超低电容瞬态电压抑制二极管进行测试实验，使得本发明在减小信号畸变的同时，又能控制电容大小，进而能运用在大功率的高频线路中；当本发明在1500W的功率条件下时，电容值能达到在25pF以下。
Description
技术领域
本发明涉及二极管设计技术领域，尤其是一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管。
背景技术
瞬态电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor)简称TVS，又称为钳位型二极管，是目前国际上普遍使用的一种高效能电路保护器件。当瞬态电压抑制二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12s量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，将两极间的箝位电压位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。而在高频线路的应用中，由于常规的瞬态电压抑制二极管的结电容通常只有几百pF左右，即使瞬态电压抑制二极管处于不工作的状态下，高频信号往往也会失真。因此，市场上出现了在高频应用上的低电容瞬态电压抑制二极管，既可以减小普通瞬态电压抑制二极管引入带来的信号畸变，又可以对信号中的瞬时高能量脉冲进行吸收。
然而，目前市场上广泛应用的低电容瞬态电压抑制二极管是由瞬态电压抑制二极管管芯与整流二极管管芯串联连接而得到的，在产品的实际应用过程中，并没用到整流二极管管芯的整流特性，只是用到了其正向特性和电容特性。随着市场需求范围的不断扩展，在一些大功率的高频线路的应用中，低电容瞬态电压抑制二极管因受到自身特有结构、制造工艺等各种因素的限制，在对管芯进行设计时，芯片面积只能增大，从而导致其结电容也随之变大，只能在相对较低频率范围内应用。目前市场上的低电容瞬态电压抑制二极管，在功率达到1500W时，其电容值最小仅能达到100pF左右。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯、铜片、大功率瞬态电压抑制二极管管芯组成；低电容二极管管芯的金属化层b通过焊接与铜片顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯的金属化层c通过焊接与铜片底端连接。
所述的低电容二极管管芯结构为P+-N－-N+型，由P+区a、N－区、N+区a、钝化玻璃a、金属化层a、金属化层b组成，低电容二极管管芯的剖面截层结构依次为钝化玻璃a、金属化层a、P+区a、N－区、N+区a、金属化层b，钝化玻璃a包覆低电容二极管管芯的台面侧壁，金属化层b通过焊接与铜片顶端连接。
所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯结构为N+-P-P+型，由N+区b、P区、P+区b、钝化玻璃b、金属化层c、金属化层d组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯的剖面截层结构依次为钝化玻璃b、金属化层c、N+区b、P区、P+区b、金属化层d，钝化玻璃b包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯的台面侧壁，金属化层c通过焊接与铜片底端连接。
所述的低电容二极管管芯与大功率瞬态电压抑制二极管管芯为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯的阳极为正极，低电容二极管管芯的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯采用N型硅电阻率为85～90Ω·cm单晶片制作；P+区a采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为45～55μm，结深XjN为55～65μm，芯片厚度t为200μm±10μm，管芯面积A为2.41mm2±0.15mm2。
所述的铜片尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
本发明专门制作了一种低电容二极管管芯，对其正向特性和电容特性进行了充分的优化，将低电容二极管管芯替代了与瞬态电压抑制二极管管芯串联的整流二极管管芯，通过对低电容管芯的结电容及电流能力的特殊设计，在保证产品实现大功率的同时，大幅度减小产品的电容值。所制的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，在功率达到1500W时，其电容值在25pF以下。大幅度扩展了该类型产品的在大功率高频线路下的应用范围。低电容二极管管芯的负极和瞬态电压抑制二极管管芯负极之间增加了一颗0.5mm厚度铜片，目的是增加产品的热容，从而进一步保证产品的瞬态功率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的低电容二极管管芯结构示意图；
图3为本发明的大功率瞬态电压抑制二极管管芯结构示意图；
图4为本发明的低电容二极管管芯参数示意图。
1-低电容二极管管芯，2-铜片，3-大功率瞬态电压抑制二极管管芯，11-P+区a，12-N－区，13-N+区a，14-钝化玻璃a，15-金属化层a，16-金属化层b，31-N+区b，32-P区，33-P+区b，34-钝化玻璃b，35-金属化层c，36-金属化层d。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为90Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为55μm，结深XjN为55μm，芯片厚度t为190μm，管芯面积A为2.56mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例2
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为89Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为53μm，结深XjN为57μm，芯片厚度t为195μm，管芯面积A为2.51mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例3
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为87Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为50μm，结深XjN为60μm，芯片厚度t为200μm，管芯面积A为2.41mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例4
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为86Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为47μm，结深XjN为63μm，芯片厚度t为205μm，管芯面积A为2.36mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例5
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为85Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为45μm，结深XjN为65μm，芯片厚度t为210μm，管芯面积A为2.26mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例6
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为83Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为57μm，结深XjN为55μm，芯片厚度t为190μm，管芯面积A为2.34mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例7
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为92Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为45μm，结深XjN为65μm，芯片厚度t为210μm，管芯面积A为2.33mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例8
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为83Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为43μm，结深XjN为50μm，芯片厚度t为210μm，管芯面积A为2.60mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例9
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为85Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为45μm，结深XjN为50μm，芯片厚度t为215μm，管芯面积A为2.55mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
实施例10
如图1所示，一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
如图2所示，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
如图3所示，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为90Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
如图4所示，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为50μm，结深XjN为65μm，芯片厚度t为185μm，管芯面积A为2.37mm2。
所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
试验例1
将实施例1-10的大功率超低电溶瞬态电压抑制二极管，在VR＝0V，f＝1MHz的测试条件下，测量二极管的电容值，结果见表1：
表1
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 电容pF | 23 | 25 | 23 | 24 | 24 | 27 | 22 | 32 | 24 | 23 |
试验例2
将实施例1-10的大功率超低电溶瞬态电压抑制二极管，测量其反向瞬时功率，结果见表2：
表2
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 功率w | 1511 | 1516 | 1510 | 1513 | 1509 |
| 实施例 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 功率w | 1506 | 1484 | 1532 | 1494 | 1487 |
大功率瞬态电压抑制二极管在应用时要求流过的瞬时电流很大，这就必须相应的增大PN结的面积以保证其大电流的承受能力。但根据PN结势垒电容计算公式：
可知，势垒电容Cj与PN结面积A和衬底掺杂浓度成正比，即管芯面积越大、选用的衬底掺杂浓度约高则二极管的结电容越大，这是设计该低电容系列产品的一个矛盾。在本发明中，将低电容二极管管芯(1)和瞬态电压抑制二极管管芯(3)分别看作一个电容C1和C2。由于低电容二极管管芯(1)的负极和瞬态电压抑制二极管管芯(3)负极串联连接，因此其两者的总电容C0＝C1×C2/(C1+C2)。当C1远小于C2时，可近似认为C0≈C1。所以，大功率低电容瞬态电压抑制二极管的总电容的大小，是由低电容二极管管芯(1)的电容大小决定的。
本发明提供一种低电容二极管管芯替代原有的整流二极管管芯，以达到保证产品瞬态功率的情况下大幅度降低产品结电容的目的。其包括P+区a、N－区、N+区a、钝化玻璃a、金属化层a、金属化层b。具体地，本发明的低电容二极管管芯为N型衬底P+-N－-N+结构，为降低其电容值N型硅衬底选择电阻率为85～90Ω·cm的低掺杂单晶片制作，其P+层采用高浓度硼源掺杂，结深XjP控制在45～55μm范围内；N+层采用高浓度磷源掺杂，结深XjN控制在55～65μm范围内，采用高浓度深结掺杂的目的是提高管芯的正向抗电流的能力。芯片厚度t控制在200μm±10μm范围内，较薄的芯片厚度可进一步减小管芯的导通电阻，提高产品的正向抗电流能力。管芯面积A控制在2.41mm2±0.15mm2范围内，管芯面积的大小需要进行精确的计算和抗瞬态电流测试验证，面积过大则会影响产品的电容值，面积过小则会影响产品的瞬态功率。
采用本发明制作的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，在VR＝0V，f＝1MHZ的测试条件下，其电容值能达到在25pF以下，明显小于目前市面上的大功率低电容瞬态电压抑制二极管的结电容，因此可以有效解决大功率高频电子线路中因为结电容大造成信号失真的问题，大幅度增加了该类型产品的在高频下的应用范围。
Claims (8)
1.一种大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，其特征在于，由低电容二极管管芯(1)、铜片(2)、大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)组成；低电容二极管管芯(1)的金属化层b(16)通过焊接与铜片(2)顶端连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的金属化层c(35)通过焊接与铜片(2)底端连接。
2.如权利要求1所述的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，其特征在于，所述的低电容二极管管芯(1)结构为P+-N－-N+型，由P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、金属化层b(16)组成，低电容二极管管芯(1)的剖面截层结构依次为钝化玻璃a(14)、金属化层a(15)、P+区a(11)、N－区(12)、N+区a(13)、金属化层b(16)，钝化玻璃a(14)包覆低电容二极管管芯(1)的台面侧壁，金属化层b(16)通过焊接与铜片(3)顶端连接。
3.如权利要求1所述的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，其特征在于，所述的大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)结构为N+-P-P+型，由N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、金属化层d(36)组成，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的剖面截层结构依次为钝化玻璃b(34)、金属化层c(35)、N+区b(31)、P区(32)、P+区b(33)、金属化层d(36)，钝化玻璃b(34)包覆大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的台面侧壁，金属化层c(35)通过焊接与铜片(3)底端连接。
4.如权利要求1所述的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，其特征在于，所述的低电容二极管管芯(1)与大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)为共阴极串联连接，大功率瞬态电压抑制二极管管芯(3)的阳极为正极，低电容二极管管芯(1)的阳极为负极。
5.如权利要求1所述的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，其特征在于，所述的低电容二极管管芯(1)采用N型硅电阻率为85～90Ω·cm单晶片制作；P+区a(11)采用1E20cm-3的高浓度硼源掺杂；N+区a(13)采用5E20cm-3的高浓度磷源掺杂。
6.如权利要求1所述的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，其特征在于，所述的低电容二极管管芯(1)的结深XjP为45～55μm，结深XjN为55～65μm，芯片厚度t为200μm±10μm，管芯面积A为2.41mm2±0.15mm2。
7.如权利要求1所述的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，其特征在于，所述的铜片(2)尺寸为Ф2.5mm×0.5mm。
8.如权利要求1、2、3所述的大功率超低电容瞬态电压抑制二极管，其特征在于，所述的金属化层a、b、c、d为镍金属。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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