CN203103298U - 一种带栅极保护的igbt器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带栅极保护的IGBT器件，由三个电极组成，分别是栅极G、集电极C和发射极E，其特征是，在IGBT器件的栅极G与发射极E之间并联有双向稳压二极管D，该双向稳压二极管D与IGBT器件封装在一起，这样的设计，将双向稳压二极管以并联的方式封装在一起，形成一个集成度更高的IGBT分立器件，可简化***电路、降低使用成本、提高装配效率的同时，避免脉冲尖峰、浪涌导致的失效现象发生，提高产品的可靠性。

Description

一种带栅极保护的IGBT器件

技术领域

本实用新型涉及半导体制造的技术领域，特别是通过改进产品结构实现栅极ESD保护的IGBT器件。

背景技术

IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写，意为绝缘栅双极型晶体管。IGBT是由BJT（双极型晶体管）与MOSFET（绝缘栅型场效应晶体管）组成的复合全控型电压驱动式电子器件。该器件具有开关频率高、输入阻抗较大、热稳定性好、驱动电路简单、低饱和电压及大电流等特性，被作为功率器件广泛应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动、数码相机、电磁加热设备、UPS、电焊机、风力发电等工业控制和电力电子***领域中。

IGBT器件由三个电极组成，分别是栅极G、集电极C和发射极E。其中栅极G的氧化层很薄，能承受的电压值非常有限，且与PN结不同的是，氧化层一旦击穿则无法恢复。在实际的生产、应用中，常有被静电（ESD）、尖峰、浪涌等过电压击穿导致的IGBT器件失效现象的出现，器件使用者往往只能从***电路通过增加元器件、调整线路等措施进行改善、解决，导致整体电路复杂化、使用成本高、装配效率低。

实用新型内容

鉴于上述现有技术存在的问题，本实用新型旨在提出一种带栅极保护的IGBT器件，可简化***电路、降低使用成本、提高装配效率的同时，避免因静电、脉冲尖峰、浪涌导致的失效现象发生，提高产品的可靠性。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：

一种带栅极保护的IGBT器件，由三个电极组成，分别是栅极G、集电极C和发射极E，其特征是，在IGBT器件的栅极G与发射极E之间并联有双向稳压二极管D，该双向稳压二极管D与IGBT器件封装在一起。进一步地，所述双向稳压二极管D的阳极相向对接，将加在栅极G与发射极E间的正反向电压箝位。双向稳压二极管（D）的击穿电压（V_Z）按IGBT器件的栅极（G）与发射极（E）之间的驱动电压（U_GE）的1.1倍和IGBT器件的栅极（G）与发射极（E）之间可承受的极限电压（V_GES）的0.9倍之间取值，即V_Z=1.1U_GE～0.9V_GES。

本实用新型具有以下有益效果：1、采用复合封装结构，将IGBT器件与双向稳压二极管以并联的方式封装在一起，形成一个集成度更高的IGBT分立器件，简化用户设计。2、将加在栅极G与发射极E之间的正反向电压箝位，能有效防止栅极氧化层被过电压击穿。解决静电（ESD）、脉冲尖峰、浪涌等导致失效的问题。3、进一步提高产品的可靠性，减少***电路体积，降低使用和装配成本。

附图说明

图1为常规IGBT器件的等效示意图；

图2为本实用新型的等效结构示意图。

标号说明：G.栅极C.集电极E.发射极D.双向稳压二极管

具体实施方式

参见图1-图2，本实施例的带栅极保护的IGBT器件，由栅极G、集电极C和发射极E三个电极组成，特别的结构是，在IGBT器件的栅极G与发射极E之间并联有双向稳压二极管D，该双向稳压二极管D与IGBT器件封装在一起。所述双向稳压二极管D的两阳极相向对接，从而将加在栅极G与发射极E之间的正反向电压箝位。

工作原理：当栅极G至发射极E之间的电压因为静电、尖峰或者浪涌等出现异常而高于稳压二极管D的击穿电压时，反向的稳压二极管D被击穿，电流从栅极G通过相反连接的两个二极管流向发射极E。从而将IGBT器件旁路，起到保护栅极G的作用。同理，当发射极E至栅极G之间的电压出现异常时，由于双向稳压二极管D的存在，IGBT器件也同样被旁路，电流从发射极E经过双向稳压二极管D流向栅极G。双向稳压二极管D的击穿电压要低于栅氧化层的击穿电压，可根据IGBT器件产品G-E间耐压参数指标而定。IGBT器件栅极G与发射极E之间可承受的极限电压V_GES主要在20V～30V，表示在没有保护的前提下，超过这个值则极可能损坏IGBT器件。IGBT器件的开启电压V_GE(th)在3V～8V，实际应用中加载在IGBT器件的栅极G至发射极E驱动信号的电压U_GE一般在10V～15V，以保证器件稳定、正常地工作；故双向稳压二极管D的击穿电压V_Z只要比驱动电压U_GE略大以保证不误保护，又必须比极限电压V_GES略小以保证有效保护，具体取值可按：开启电压V_GE（th)＜驱动电压U_GE＜击穿电压V_Z＜极限电压V_GES。考虑电信号波动等异常因素，击穿电压V_Z按1.1U_GE～0.9V_GES取值。当V_GES为20V，U_GE为15V时，则双向稳压二极管D的击穿电压V_Z选择在16.5V～18V即可。

上述实施例只是本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员根据本实用新型说明书公开的内容能够认识到本实用新型在实施的过程中有多种变型。总之，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带栅极保护的IGBT器件，由三个电极组成，分别是栅极（G）、集电极（C）和发射极（E），其特征是，在IGBT器件的栅极（G）与发射极（E）之间并联有双向稳压二极管（D），该双向稳压二极管（D）与IGBT器件封装在一起。

2.根据权利要求1所述的IGBT器件，其特征是，所述双向稳压二极管（D）的阳极相向对接，将加在栅极（G）与发射极（E）间的正反向电压箝位。

3.根据权利要求1或2所述的IGBT器件，其特征是双向稳压二极管（D）的击穿电压（V_Z）按IGBT器件的栅极（G）与发射极（E）之间的驱动电压（U_GE）的1.1倍和IGBT器件的栅极（G）与发射极（E）之间可承受的极限电压（V_GES）的0.9倍之间取值，即V_Z=1.1U_GE～0.9V_GES。

4.根据权利要求3所述的IGBT器件，其特征是极限电压（V_GES）为20V，驱动电压（U_GE）为15V时，双向稳压二极管（D）的击穿电压（V_Z）为16.5V～18V。

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