TW201841448A - 混合過電壓保護裝置及部件 - Google Patents

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Abstract

在一個實施例中，過電壓保護裝置可以包括短路裝置，其中短路裝置包括第一短路終端，第一短路終端用於連接到第一外部電壓線。過電壓保護裝置可以進一步包括暫態電壓抑制（TVS）裝置，其中TVS裝置包括第二TVS終端，第二TVS終端用於連接到第二外部電壓線。短路裝置和TVS裝置可以電串聯配置在第一短路終端和第二TVS終端之間。

Description

混合過電壓保護裝置及部件
[0001] 本案實施例是關於電路保護裝置之領域，並且更特定地是關於用於過電壓事件保護的半導體裝置。
[0002] 半導體裝置廣泛使用於透過利用P/N接面的性質來提供對暫態條件（如暫態過電壓事件或電湧事件）的保護。在暫態電壓抑制（TVS）裝置中，電壓可能被箝位到特定箝位裝置的位準特性。TVS裝置的示例是崩潰二極體。齊納二極體也可以提供暫態電壓保護。TVS裝置的工作原理在於二極體中P/N接面的反向電壓擊穿，其中「擊穿電壓」充當箝位電壓以限制裝置兩端的電壓。擊穿電壓是特定裝置設計的特性，例如裝置的P區和N區的摻雜特性。對於耦合到DC電源線的組件的電路保護等應用，可以將TVS裝置設計為基於恆定的過電壓額定值以及要保護的電路或元件的最大電壓來提供保護。在一些情況下，所需的恆定過電壓位準可能需要設計具有相對較高擊穿電壓的TVS二極體，使得擊穿接近恆定的過電壓位準。對於TVS裝置的這種增加的擊穿電壓可能導致在暫態過電壓事件期間無法將電壓箝位到低於電路允許的最大電壓，從而導致將被保護的電路或組件的損壞或破壞。 　　[0003] 關於上述和其他問題而言，提供了本揭示內容。
[0004] 在一個實施例中，過電壓保護裝置可以包括短路（crowbar）裝置，其中短路裝置包括第一短路終端，第一短路終端用於連接到第一外部電壓線。過電壓保護裝置可以進一步包括暫態電壓抑制（TVS）裝置，其中TVS裝置包括第二TVS終端，第二TVS終端用於連接到第二外部電壓線。短路裝置和TVS裝置可以電串聯配置在第一短路終端和第二TVS終端之間。 　　[0005] 在另一個實施例中，過電壓保護部件可以包括第一半導體晶片，其中第一半導體晶片包括短路裝置。過電壓保護部件還可以包括第二半導體晶片，其中第二半導體晶片包括TVS裝置並且電連接到第一半導體晶片。過電壓保護裝置可以包括形成與短路裝置接觸的第一外部終端，其中第一外部終端是用於連接到第一外部電壓線的第一外部終端，並且可以進一步包括形成與TVS裝置接觸的第二外部終端，其中第二外部終端用於連接到第二外部電壓線。短路裝置和TVS裝置可以被配置電串聯在第一外部終端和第二外部終端之間。
[0017] 現在將參考伴隨的圖式以在下文中更全面地描述本案實施例，其中示出了各種實施例。實施例可以用許多不同的形式來實施，並且不應僅以在此闡述的實施例為限來解釋。提供這些實施例是為了使本揭示內容透徹和完整，並且將本案實施例的範疇充分地傳達給本領域技術人員。在圖式中，相同的數字始終代表相同的元件。 　　[0018] 在下面的描述和/或申請專利範圍中，用語「在…上」、「在…上面」、「配置在…上」以及「在…上方」可以用於以下描述和申請專利範圍中。「在…上」、「在…上面」、「配置在…上」以及「在…上方」可用於指示二或多個元件彼此直接物理接觸的狀況。用語「在…上」、「在…上面」、「配置在…上」以及「在…上方」也可以表示當二個或多個元件彼此不直接接觸時。例如，「在…上方」可以表示一個元件位於另一個元件之上並且不與另一個元件接觸時，並且可以在這兩個元件之間具有另一個或多個元件。此外，用語「及/或」可能意味著「及」，它可能意味著「或」，它可能意味著「排除或」，可能意味著「一個」，可能意味著「一些，而不是全部」，可能意味著「既不是」，及/或它可能意味著「兩者」。所請求的標的之範疇並不局限在這個方面。 　　[0019] 本案實施例基本上是關於過電壓保護裝置，並且特定地關於提供過電壓保護的混合裝置或部件。在各種實施例中，TVS裝置和短路裝置可以以獨特的組態組合以形成混合裝置或混合部件，以提供暫態過電壓保護。短路裝置的示例包括基於使用矽控整流器（SCR）、晶閘管、TRIAC、SIDAC及SIDACtors®（®SIDACtor是Littelfuse, Inc.的商標）的裝置。由諸如矽控整流器（SCR）、SIDAC及SIDACtors等短路裝置提供的一個優點是能夠快速回應過電壓事件並將電壓箝位到可接受的位準。特別是，當流經SIDAC和SIDACtor的電流超過開關電流時，SIDAC和SIDACtor作為「短路」並模擬短路情況。與傳統的暫態電壓抑制（TVS）箝位裝置（例如二極體）不同，短路式保護裝置的優點在於短路保護裝置不會因過電壓而損壞。在本案實施例中，當經過超過混合裝置的擊穿電壓的暫態電壓時，混合裝置的短路裝置部分可以被觸發到開啟（ON）狀態，而短路裝置和TVS裝置協同動作以將電壓鉗位以降至較低的電壓位準。 　　[0020] 圖1呈現根據本揭示內容的實施例的過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示。特定地，過電壓保護部件100被實現在第一電線102和第二電線104之間。第一電線102和第二電線104可以耦合到DC C電源，因此在一個實施方式中表示DC電源線。 　　[0021] 在操作中，過電壓保護部件100可用於限制耦合到DC源的電壓。在圖1的示例中，過電壓保護部件100可以透過限制在過電壓事件期間透過電路110的電壓或能量來保護電路110。電路110可以表示任何電氣裝置、電子裝置、光學裝置、光電裝置、電路、機械或這些組件的組合。所述實施例並不受限於上述情況。 　　[0022] 在各種實施例中，過電壓保護部件100可以作為單向裝置，其提供例如對在第一電線102和第二電線104之間的一個方向上產生的過電壓的電湧之回應，其適當保護耦合到DC電源的電路。 　　[0023] 過電壓保護部件100可以包括第一分立組件116和第二分立組件118，其中第一分立組件116和第二分立組件118在第一電線102和第二電線104之間以電串聯方式彼此電連接。這樣，第一分立組件116和第二分立組件118可以彼此相鄰並彼此遠離地定位，並且彼此可用任何便利的空間關係定位。 　　[0024] 在此實施例以及其他實施例中，過電壓保護部件可以包括短路裝置（表示為短路裝置106）及暫態電壓抑制裝置（表示為暫態電壓抑制裝置108）。合適的單向短路裝置的示例是單向SIDAC或單向SIDACtor，而合適的單向TVS裝置的示例是齊納二極體或崩潰二極體。所述實施例並不受限於上述情況。短路裝置106可以包括連接到第一外部電壓線（表示為第一電線102）和第二短路終端117的第一短路終端115。短路裝置106的第二短路終端117可以連接到暫態電壓抑制裝置108的第一TVS終端119。暫態電壓抑制裝置108可以進一步包括連接到第二外部電壓線（表示為第二電線104）的第二TVS終端121。 　　[0025] 在操作中，當發生其中第一電線102和第二電線104之間的電壓超過特定值的過電壓事件時，可以以保護電路110的方式觸發過電壓保護部件以回應過電壓事件。例如，最初處於待機或關閉（OFF）狀態的短路裝置106可回應於在功率電湧期間產生的特定電壓值而產生過量電流，如在已知的短路裝置中那般。特定地，在特性電壓或轉折電壓時，電流可以觸發短路裝置106以快速轉換到ON狀態，其中電壓迅速下降（折回）到較低的電壓，導致第一電線102和第二電線104透過過電壓保護部件100轉向。結合暫態電壓抑制裝置108，然後過電壓事件可以箝位在由暫態電壓抑制裝置108和短路裝置106的確切特性而確定的箝位電壓，直到功率電湧消失，此時短路裝置106可能會重置為OFF狀態。 　　[0026] 圖2呈現根據本揭示內容的另一實施例的過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示。特定地，過電壓保護部件120被實現在第一電線102和第二電線104之間。在此實施例中，第一電線102和第二電線104可以耦合到AC電壓源（例如AC電源），因此在一個實施方式中表示AC電源線。 　　[0027] 過電壓保護部件120可以包括第一分立組件136和第二分立組件138，其中第一分立組件136和第二分立組件138在第一電線102和第二電線104之間以電串聯方式彼此電連接。在此實施例以及其他實施例中，過電壓保護部件可以包括雙向短路裝置（表示為短路裝置126）及雙向過電壓保護裝置（表示為暫態電壓抑制裝置128）。合適的雙向短路裝置的示例是SIDAC或SIDACtor，而合適的TVS裝置的示例是具有陰極對陰極組態的一對TVS二極體，如圖2所示。過電壓保護部件120可以如過電壓保護部件100中的終端配置一般配置。 　　[0028] 根據已知原理，一個雙向或對稱的半導體短路裝置可以提供一個有效的AC電源線保護。在常規操作中，當AC電壓不超過轉折電壓時，此種半導體短路裝置不導通。當AC峰值電壓或電湧暫態電壓超過轉折電壓時，半導體短路裝置可進入如上所述的ON狀態，將半導體短路裝置置於低電壓ON狀態，並觸發外部暫態電壓轉移。 　　[0029] 在如圖2所示的實施例中，當雙向半導體短路裝置與雙向TVS裝置耦合在一起時，所得到的過電壓保護裝置可形成低箝位電壓雙向電湧保護裝置。 　　[0030] 圖3呈現根據本揭示內容的實施例的另一過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示。特定地，過電壓保護部件140被實現在第一電線102和第二電線104之間。第一電線102和第二電線104可以連接到DC電壓源（例如DC電源），因此在一個實施方式中表示DC電源線。 　　[0031] 在操作中，過電壓保護部件140可用於限制耦合到DC源的電壓。在圖3的示例中，如上所述，過電壓保護部件140可以保護電路110。過電壓保護部件140可以包括組件146，組件146包括如上所述的單向短路裝置（表示為短路裝置106）及單向暫態電壓抑制裝置（表示為暫態電壓抑制裝置108）。在此實施例中，與圖1不同，短路裝置106和暫態電壓抑制裝置108容納在共同組件中，其中部件146可表示共同半導體基板（例如半導體晶粒或容納不同晶粒的封裝）。過電壓保護部件140的操作可以進行類似上述的過電壓保護部件100的操作。 　　[0032] 圖4呈現根據本揭示內容的實施例的另一過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示。特定地，過電壓保護部件160被實現在第一電線102和第二電線104之間。第一電線102和第二電線104可以耦合到AC電壓源（例如AC電源），因此在一個實施方式中表示AC電源線。 　　[0033] 在操作中，過電壓保護部件160可用於限制耦合到AC源的電壓。在圖4的示例中，如上所述，過電壓保護部件160可以保護電路110。過電壓保護部件160可以包括組件166，組件166包括如上所述的雙向短路裝置（表示為短路裝置126）及雙向暫態電壓抑制裝置（表示為暫態電壓抑制裝置128）。在此實施例中，與圖2不同，短路裝置126和暫態電壓抑制裝置128容納在共同部件中，其中部件166可以表示半導體晶粒或容納不同晶粒的封裝。過電壓保護部件160的操作可以進行類似上述的過電壓保護部件120的操作。 　　[0034] 圖5呈現根據本揭示內容的進一步實施例的過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示。在此示例中，除了短路裝置126和暫態電壓抑制裝置128之外，過電壓保護部件120還包括緩衝電路196，緩衝電路196可以包括電容器和電阻器，或者其他已知的緩衝電路裝置。緩衝電路196可以提供更佳地降低過衝電壓，並且對於非常迅速的暫態電壓是有效率的，其持續時間可以橫跨奈秒至幾微秒。緩衝電路196的特定電容及特定電阻可以基於欲由暫態電壓抑制裝置128處理的電湧/過衝脈衝寬度。 　　[0035] 圖6呈現根據本揭示內容的實施例的過電壓保護裝置的操作的一個情況。線電壓170和線電壓172之間的電壓差沿著圖中的垂直方向示意性地表示，而時間沿著水平線表示。圖中示出恆定過電壓位準174以及最大電壓176，此電壓可以是最大允許電路電壓。圖中示出電壓電湧178，其中電壓電湧178的峰值電壓不超過最大電壓176，因而保護電路110免受損壞。同時，可以容忍低於恆定過電壓位準的較長期電壓偏移。 　　[0036] 圖7呈現根據各種實施例的混合過電壓保護裝置210的側截面圖。混合過電壓保護裝置210體現在半導體基板180中（例如單晶矽晶片或晶片）。如圖所示，混合過電壓保護裝置210表示具有彼此電串聯佈置的具有單向短路裝置及單向TVS裝置的電路之等同物。 　　[0037] 參照圖1，例如，半導體基板180包括第一表面182和第二表面184，第一表面182可以形成第一短路終端115的一部分，同樣地，與第一表面182相對的第二表面184形成第二TVS終端121的一部分。半導體基板180可以進一步包括第一N摻雜區186，其中第一N摻雜區186設置以相鄰第一表面182。半導體基板180還可以包括第一P摻雜區188，其中第一P摻雜區188設置以相鄰第一N摻雜區186並且圍繞在半導體基板180內的第一N摻雜區186。半導體基板180還可以包括第二N摻雜區190，第二N摻雜區190設置以相鄰第一P摻雜區188，其中第二N摻雜區190和第一N摻雜區186並不共用一個共同界面。通常，第二N摻雜區190可以比第一N摻雜區更輕地摻雜。半導體基板180還可以包括第三N摻雜區194，其中第三N摻雜區194設置以相鄰第二表面184。半導體基板180還可以包括第二P摻雜區192，其中第二P摻雜區192設置在第二N摻雜區190和第三N摻雜區194之間，並且圍繞在半導體基板180內的第三N摻雜區194。通常，頂部四個區（186, 188, 190, 192）可以構成短路裝置，而底部2個層（192, 194）可以構成TVS裝置。在一些實施例中，第一N摻雜區186可以具有1.0× 1018 cm-3 至1.0×1021 cm-3 的摻雜濃度，第一P摻雜區188可以具有1.0×1016 cm-3 至3.0×1018 cm-3 的摻雜濃度，第二N摻雜區190可具有1×1013 cm-3 至1.0×1017 cm-3 的摻雜濃度，第二P摻雜區192可以具有1×1015 cm-3 至1×1018 cm-3 的摻雜濃度，且第三N摻雜區194可以具有1×1018 cm-3 至1.0×1021 cm-3 的摻雜濃度。在一個實施例中，第一N摻雜區186可以具有1.0×1020 cm-3 的摻雜濃度，第一P摻雜區188可以具有1.0×1018 cm-3 的摻雜濃度，第二N摻雜區190可以具有1.0×1014 cm-3 的摻雜濃度，第二P摻雜區192可以具有4.5×1016 cm-3 的摻雜濃度，且第三N摻雜區194可以具有1.0×1020 cm-3 的摻雜濃度。 　　[0038] 混合過電壓保護裝置210還可以包括N+ 摻雜表面區193，其設置於相鄰第一表面182，且與第二N摻雜區190和第一P摻雜區188重疊，其中第一N+ 摻雜表面區193設置在第一N摻雜區186的外部。第一N+ 摻雜表面區193可以具有在1×1018 cm-3 至1.0×1021 cm-3 範圍內的摻雜濃度，且特別是1.0×1020 cm-3 。 　　[0039] 圖8呈現根據各種實施例的另一種混合過電壓保護裝置的側截面圖。混合過電壓保護裝置220體現在半導體基板180中（例如單晶矽晶片）。如圖所示，混合過電壓保護裝置220呈現具有彼此電串聯佈置的具有單向短路裝置和單向TVS裝置的電路的等同物。與混合過電壓保護裝置210相比，混合過電壓保護裝置220的區別在於，在第一P摻雜區188和第二N摻雜區190之間且在第一N摻雜區186之下設置N+ 摻雜埋入區202。 　　[0040] 值得注意的是，在圖7和圖8的組態中，儘管半導體基板180或半導體基板200含有電串聯的TVS裝置和短路裝置，但仍沒有單獨的第二短路終端和第一TVS終端。相對而言，此兩個裝置無縫整合於此兩個裝置共用共同摻雜層（192）之處。 　　[0041] 圖9呈現根據各種實施例的另一種混合過電壓保護裝置的側截面圖。在此實施例中，表示為過電壓保護裝置230的混合過電壓保護裝置與圖7和圖8中的實施例中不同地佈置，其中過電壓保護裝置230提供雙向TVS裝置和雙向短路裝置。在圖9的組態中，過電壓保護裝置230被佈置在短路裝置234位於第一區內，並且TVS裝置236位於第二區內，且與第一區橫向偏移。短路裝置234從第一表面182延伸到第二表面184，而TVS裝置236也從第一表面182延伸到第二表面184。過電壓保護裝置230還包括設置在短路裝置234和TVS裝置236之間的電隔離區232，其中電隔離區232也在第一表面182和第二表面184之間延伸。根據已知技術，電隔離區232可以使用諸如氧化物的絕緣材料來形成，或者可以使用摻雜劑隔離來形成。過電壓保護裝置230進一步包括作為第一短路終端的短路裝置觸點238以及作為第二TVS終端的TVS裝置觸點240，每一者都設置在第一表面182上。短路裝置觸點238和TVS裝置觸點240形成分別與外部觸點242和外部觸點244的電接觸。過電壓保護裝置230進一步包括底部觸點246，該底部觸點246用作第二短路終端和第一TVS終端，並因此將短路裝置234和TVS裝置236以電串聯方式連接。以這種方式，過電壓保護裝置230的第一短路終端和第二TVS終端設置在第一表面182上，且第二短路終端和第一TVS終端設置在第二表面184上。 　　[0042] 如圖9所示，短路裝置可以包括設置以相鄰第一表面182的頂部N摻雜區187、中間N摻雜區191以及設置以相鄰第二表面184的底部N摻雜區195，其中底部N摻雜區195和頂部N摻雜區187均重摻雜，即N+ 區。在一些實施例中，頂部N摻雜區187和底部N摻雜區195可以具有在1×1018 cm-3 到1.0×1021 cm-3 範圍內的摻雜濃度，特別是1.0×1020 cm-3 ，第一P摻雜區188和第二P摻雜區192可以具有1×1016 cm-3 至5.0×1018 cm-3 的摻雜濃度，特別是2.0×1018 cm-3 ，N+ 摻雜埋入區202可以具有1×1015 cm-3 至3.0×1018 cm-3 的摻雜濃度，特別是1.0×1018 cm-3 。 　　[0043] 如圖9進一步所示，TVS裝置236可以包括設置以相鄰第一表面182的頂部P摻雜區241、設置以相鄰第二表面184的底部P摻雜區243以及設置在頂部P摻雜區241及底部P摻雜區243之間的中間N摻雜區245。中間N摻雜區245可以具有與第二N摻雜區190相同的摻雜程度，並且可以以與用於形成第二N摻雜區190相同的程序摻雜。如圖所示，TVS裝置236的三層結構相應地形成具有陰極對陰極組態的一對TVS二極體。頂部P摻雜區241和底部P摻雜區243可以具有1×1018 cm-3 到1×1020 cm-3 的摻雜濃度，特別是5.0×1019 cm-3 ，中間N摻雜區245可以具有1×1013 cm-3 至2.0×1017 cm-3 的摻雜濃度，特別是7.7×1016 cm-3 。 　　[0044] 現在轉而參考圖10，展示了根據本揭示內容的實施例之用於過電壓保護裝置的示例性電流對電壓曲線。在這個示例中，混合過電壓保護裝置在兩個外部電壓線之間佈置而與短路裝置和TVS電串聯。曲線250示出代表大約63 V的轉折電壓的第一部分252和代表電壓已經折回到大約55 V的箝位電壓的第二部分254。 　　[0045] 圖11呈現根據本揭示內容的實施例佈置的已知TVS裝置（右線）和混合過電壓保護裝置（左線）的電流對電壓圖的比較。圖中示出箝位電壓Vc作為脈衝的電流Ipp的函數。如圖所示，包括TVS裝置和短路裝置的混合過電壓保護裝置為給定Ipp提供了低得多的箝位電壓，而混合過電壓保護裝置的最大分流電流為70.4 A，相較於已知的TVS裝置的最大分流電流為54.4 A。 　　[0046] 上述實施例提供了可針對不同應用而量身定制的過電壓保護的靈活方法。例如，在12 V汽車系統中可能需要承受31 V恆定過電壓。對於122 V且188毫秒的2.5歐姆負載突降暫態，暫態箝位電壓可能低於40 V。由TVS和短路裝置組成的混合裝置可以透過在Vc（箝位電壓）低於40 V的情況下加入28 V TVS裝置以為此應用量身定制。8V快速開關短路裝置也可以包含在混合裝置中，以便串聯的28 V TVS裝置和8 V短路裝置提供比31 V更高且小於40 V的擊穿電壓。 　　[0047] 雖然已經參照某些實施例公開了本案實施例，但是在不脫離如所附申請專利範圍所限定的本揭示內容的範圍和領域的情況下，可以對所描述的實施例進行多種修改，替換和改變。因此，本案實施例可以不限於所描述的實施例，而是具有由以下申請專利範圍的語言及其等同物限定的全部範圍。
[0048]
100‧‧‧過電壓保護部件
102‧‧‧第一電線
104‧‧‧第二電線
106‧‧‧短路裝置
108‧‧‧暫態電壓抑制裝置
110‧‧‧電路
115‧‧‧第一短路終端
116‧‧‧第一分立組件
117‧‧‧第二短路終端
118‧‧‧第二分立組件
119‧‧‧第一TVS終端
121‧‧‧第二TVS終端
120‧‧‧過電壓保護部件
126‧‧‧短路裝置
128‧‧‧暫態電壓抑制裝置
136‧‧‧第一分立組件
138‧‧‧第二分立組件
140‧‧‧過電壓保護部件
146‧‧‧組件
160‧‧‧過電壓保護部件
166‧‧‧組件
196‧‧‧緩衝電路
170‧‧‧線電壓
172‧‧‧線電壓
174‧‧‧恆定過電壓位準
176‧‧‧最大電壓
178‧‧‧電壓電湧
210‧‧‧混合過電壓保護裝置
193‧‧‧N+摻雜表面區
180‧‧‧半導體基板
182‧‧‧第一表面
184‧‧‧第二表面
186‧‧‧第一N摻雜區
188‧‧‧第一P摻雜區
190‧‧‧第二N摻雜區
192‧‧‧第二P摻雜區
194‧‧‧第三N摻雜區
200‧‧‧半導體基板
202‧‧‧N+摻雜埋入區
220‧‧‧混合過電壓保護裝置
230‧‧‧過電壓保護裝置
234‧‧‧短路裝置
236‧‧‧TVS裝置
232‧‧‧電隔離區
238‧‧‧短路裝置觸點
240‧‧‧TVS裝置觸點
242、244‧‧‧外部觸點
246‧‧‧底部觸點
187‧‧‧頂部N摻雜區
191‧‧‧中間N摻雜區
195‧‧‧底部N摻雜區
241‧‧‧頂部P摻雜區
243‧‧‧底部P摻雜區
245‧‧‧中間N摻雜區
250‧‧‧曲線
252‧‧‧第一部分
254‧‧‧第二部分
Vc‧‧‧箝位電壓
Ipp‧‧‧電流
[0006] 圖1呈現根據本揭示內容的實施例的過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示； 　　[0007] 圖2呈現根據本揭示內容的另一實施例的過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示； 　　[0008] 圖3呈現根據本揭示內容的進一步實施例的過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示； 　　[0009] 圖4呈現根據本揭示內容的其他實施例的過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示； 　　[0010] 圖5呈現根據本揭示內容的進一步實施例的過電壓保護裝置的一個實施方式的電路表示； 　　[0011] 圖6呈現根據本揭示內容的實施例的過電壓保護裝置的操作的一個情況； 　　[0012] 圖7呈現根據各種實施例的混合過電壓保護裝置的側截面圖； 　　[0013] 圖8呈現根據各種實施例的另一種混合過電壓保護裝置的側截面圖； 　　[0014] 圖9呈現根據各種實施例的另一種混合過電壓保護裝置的側截面圖； 　　[0015] 圖10呈現根據本揭示內容的實施例的用於過電壓保護裝置的示例性電流對電壓曲線圖；以及 　　[0016] 圖11呈現根據本揭示內容實施例佈置的已知裝置和過電壓保護裝置的電流對電壓圖的比較。

Claims (19)

  1. 一種過電壓保護裝置，包括： 　　短路（crowbar）裝置，該短路裝置包括： 　　第一短路終端，該第一短路終端用於連接到第一外部電壓線；及 　　暫態電壓抑制（TVS）裝置，該TVS裝置具有： 　　第二TVS終端，該第二TVS終端用於連接至第二外部電壓線，其中該短路裝置和該TVS裝置電串聯配置在該第一短路終端與該第二TVS終端之間。
  2. 根據請求項1所述的過電壓保護裝置，其中該TVS裝置包括齊納二極體、崩潰二極體或TVS二極體。
  3. 根據請求項1所述的過電壓保護裝置，其中該TVS裝置包括具有陰極對陰極組態的一對TVS二極體。
  4. 根據請求項1所述的過電壓保護裝置，其中該短路裝置包括SIDACtor。
  5. 根據請求項1所述的過電壓保護裝置，其中該過電壓保護裝置包括雙向過電壓保護裝置。
  6. 根據請求項1所述的過電壓保護裝置，其中該TVS裝置和該短路裝置設置在共同半導體基板內。
  7. 根據請求項6所述的過電壓保護裝置，該共同半導體基板包括： 　　第一表面，該第一表面形成該第一短路終端的第一部分；和 　　與該第一表面相對的第二表面，該第二表面形成該第二TVS終端的第二部分。
  8. 根據請求項7所述的過電壓保護裝置，該共同半導體基板包括： 　　第一N摻雜區，該第一N摻雜區設置以相鄰該第一表面； 　　第一P摻雜區，該第一P摻雜區設置以相鄰該第一N摻雜區並且在該共同半導體基板內圍繞該第一N摻雜區； 　　第二N摻雜區，該第二N摻雜區設置以相鄰該第一P摻雜區，其中該第二N摻雜區和該第一N摻雜區不共用共同界面； 　　第三N摻雜區，該第三N摻雜區設置以相鄰該第二表面；及 　　第二P摻雜區，該第二P摻雜區設置在該第二N摻雜區和該第三N摻雜區之間，並且在該共用半導體基板內圍繞該第三N摻雜區。
  9. 根據請求項8所述的過電壓保護裝置，其進一步包括： 　　N+ 摻雜表面區，該N+ 摻雜表面區設置以相鄰該第一表面並且與該第二N摻雜區及該第一P摻雜區重疊，該N+ 摻雜表面區設置於該第一N摻雜區的外部。
  10. 根據請求項8所述的過電壓保護裝置，其進一步包括： 　　至少一個N+ 摻雜埋入區，該至少一個N+ 摻雜埋入區設置在該第一P摻雜區和該第二N摻雜區之間，並且在該第一N摻雜區下方。
  11. 根據請求項6所述的過電壓保護裝置，該共同半導體基板包括： 　　第一表面；及 　　與該第一表面相對的第二表面，其中該第一短路終端和該第二TVS終端設置於該第一表面上。
  12. 根據請求項11所述的過電壓保護裝置，該共同半導體基板包括： 　　第一區，該第一區包含該短路裝置，其中該短路裝置從該第一表面延伸到該第二表面； 　　第二區，該第二區相對於該第一區橫向設置，該第二區包含該TVS裝置，其中該TVS裝置從該第一表面延伸到該第二表面；及 　　電絕緣區，該電絕緣區設置在該短路裝置和該TVS裝置之間，並且在該第一表面和該第二表面之間延伸。
  13. 根據請求項12所述的過電壓保護裝置，該短路裝置包括： 　　頂部N摻雜區，該頂部N摻雜區設置以相鄰該第一表面； 　　第一P摻雜區，該第一P摻雜區設置以相鄰該頂部N摻雜區並且圍繞該半導體基板內的該頂部N摻雜區； 　　中間N摻雜區，該中間N摻雜區設置相鄰於該第一P摻雜區，其中該中間N摻雜區和該頂部N摻雜區不共用共同界面； 　　底部N摻雜區，該底部N摻雜區設置以相鄰該第二表面；及 　　第二P摻雜區，該第二P摻雜區設置在該中間N+摻雜區和該底部N摻雜區之間，並且圍繞該共同半導體基板內的該底部N摻雜區，其中該頂部N摻雜區和該底部N摻雜區被重摻雜。
  14. 根據請求項12所述的過電壓保護裝置，該TVS裝置包括： 　　頂部P摻雜區，該頂部P摻雜區設置以相鄰該第一表面； 　　底部P摻雜區，該底部P摻雜區設置以相鄰該第二表面；及 　　中間N摻雜區，設置在該頂部P摻雜區和該底部P摻雜區之間。
  15. 一種過電壓保護部件，包括： 　　第一半導體晶片，該第一半導體晶片包括短路裝置；及 　　第二半導體晶片，該第二半導體晶片包括TVS裝置並且電連接到該第一半導體晶片； 　　其中該過電壓保護部件包括形成與該短路裝置接觸的第一外部終端，該第一外部終端用於連接到第一外部電壓線，以及 　　其中該過電壓保護裝置包括形成與該TVS裝置接觸的第二外部終端，該第二外部終端用於連接到第二外部電壓線，其中該短路裝置和該TVS裝置電串聯配置在該第一外部終端與該第二外部終端之間。
  16. 根據請求項15所述的過電壓保護部件，其中該TVS裝置包括齊納二極體，崩潰二極體或TVS二極體。
  17. 根據請求項15所述的過電壓保護部件，其中該TVS裝置包括具有陰極對陰極組態的一對TVS二極體。
  18. 根據請求項15所述的過電壓保護部件，其中該短路裝置包括SIDACtor。
  19. 根據請求項15所述的過電壓保護部件，其中該過電壓保護裝置包括雙向過電壓保護裝置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109451635A (zh) * 2018-11-21 2019-03-08 德盛智能(深圳)有限公司 一种二路dmx512信号电磁隔离保护器

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11239654B1 (en) * 2019-01-19 2022-02-01 Faraday Defense Corporation Surge protection device for complex transients
CN113161347B (zh) * 2021-06-02 2023-09-08 江苏韦达半导体有限公司 低电容低残压大功率过压保护器件芯片及其制作工艺
EP4394878A1 (en) * 2022-12-30 2024-07-03 Littelfuse Semiconductor (Wuxi) Co., Ltd. Asymmetric bidirectional surge protection device

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5234354A (en) * 1975-09-11 1977-03-16 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Overvoltage protector element
JPS61150617A (ja) * 1984-12-24 1986-07-09 日本電信電話株式会社 サ−ジ防護回路
DE3584239D1 (de) * 1984-12-24 1991-10-31 Nippon Telegraph & Telephone Schutzschaltung.
AR240631A1 (es) * 1986-06-06 1990-06-30 Siemens Ag Disposicion de circuito para proteger circuitos electronicos de interfase de circuitos de conexion de abonado de una red telefonica tiempo-multiplex digital
EP0360933A1 (en) * 1988-09-28 1990-04-04 Semitron Industries Limited An improved transient suppression device
FR2762445B1 (fr) * 1997-04-17 1999-07-16 Sgs Thomson Microelectronics Composant de protection d'interface de lignes telephoniques
US6226166B1 (en) * 1997-11-28 2001-05-01 Erico Lighting Technologies Pty Ltd Transient overvoltage and lightning protection of power connected equipment
FR2808621B1 (fr) * 2000-05-05 2002-07-19 St Microelectronics Sa Composant monolithique a commande unique pour un pont mixte
WO2006050568A1 (en) * 2004-11-12 2006-05-18 Fultec Semiconductor Inc. A surge protection device
US8093133B2 (en) * 2008-04-04 2012-01-10 Semiconductor Components Industries, Llc Transient voltage suppressor and methods
US8288839B2 (en) * 2009-04-30 2012-10-16 Alpha & Omega Semiconductor, Inc. Transient voltage suppressor having symmetrical breakdown voltages
US8599522B2 (en) * 2011-07-29 2013-12-03 Leviton Manufacturing Co., Inc. Circuit interrupter with improved surge suppression
US8835977B2 (en) * 2012-12-19 2014-09-16 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated TVS with low capacitance and forward voltage drop with depleted SCR as steering diode
US9997507B2 (en) * 2013-07-25 2018-06-12 General Electric Company Semiconductor assembly and method of manufacture
US9462656B2 (en) * 2014-12-16 2016-10-04 GE Lighting Solutions, LLC Lamp base having integral semiconductor transient protection device
JP6692427B2 (ja) * 2015-08-13 2020-05-13 リテルヒューズ・セミコンダクター・（ウーシー）・カンパニー・リミテッドＬｉｔｔｅｌｆｕｓｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ （Ｗｕｘｉ） Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 過電圧保護デバイス

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109451635A (zh) * 2018-11-21 2019-03-08 德盛智能(深圳)有限公司 一种二路dmx512信号电磁隔离保护器

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