[发明专利]一种带雪崩击穿特性的GaN基肖特基二极管的封装结构

说明书

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。

研究背景

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。

为了实现上述目的，本发明通过使得GaN基肖特基二极管与Si基二极管并联封装为一个模块，当反向压降超过额定值时，通过Si基二极管的雪崩效应，固定反向电压，形成雪崩电流反馈，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。其具体实施方法如下。

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基肖特基二极管可以是GaN体材料肖特基二极管也可以是AlGaN /GaN HEMTs肖特基二极管。

其中步骤二中所采用的Si基二极管可以是肖特基结构、PiN结构等各种垂直结构的Si基二极管器件。

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基二极管也可以是两个或者两个以上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基二极管也可以将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。其封装方法是将焊接在封装绝缘基板上的多个GaN基肖特基二极管器件，拖过金属引线并联，形成并联模块。将与GaN基肖特基二极管反向额定电压相同的Si基二极管或者垂直串联焊接形成的Si基二极管模块焊接到其中一个GaN基二极管的阴极上，通过金属引线将GaN基肖特基二极管的阳极与Si基二极管或者Si基二极管模块的阳极相连。