[发明专利]共源共栅级联的氮化镓器件封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子元器件结构，特别涉及一种共源共栅级联的氮化镓器件封装结构。

背景技术

氮化镓(GaN)功率器件是一种新兴的电力电子技术。相比于传统的硅材料器件，采用这种新材料的转换器可以以更高的频率和效率运行，被认为是一种具有广阔前景的新技术。

共源共栅级联结构广泛用于高压常开GaN器件中。实践中发现，在高压大电流情况下，共源共栅级联的GaN器件由于硅MOSFET和GaN之间的电容失配，会产生发散振荡现象。这种发散振荡由寄生振荡在一定幅度下触发，该幅度由关断电流，环路电感和结电容决定。发散振荡对GaN器件的运行有强烈的负面影响，可能会造成器件的损坏。

发明内容

本发明是针对共源共栅级联的GaN器件的发散振荡的问题，提出了一种共源共栅级联的氮化镓器件封装结构，避免共源共栅级联的氮化镓器件出现发散振荡。

本发明的技术方案为：一种共源共栅级联的氮化镓器件封装结构，硅器件和GaN器件上下连接形成共源共栅级联结构，具体结构为硅器件栅极作为级联结构栅极，硅器件源极作为级联结构源极，GaN器件漏极作为级联结构漏极，硅器件源极与GaN器件栅极连接，GaN器件源极与硅器件漏极连接，GaN器件栅极与硅器件源极连接，电容器的一端直接连接到硅器件源极，另一端通过导线连接到GaN器件源极，封装排布硅器件位于GaN器件的上部，连接部分通过结构中间位置的焊盘连接。

所述电容器C_x的的电容值大于C_min，C_min的计算公式如下：

其中，Q为GaN器件在由开通到关断过程中通过沟道直接耗散的电荷量；V_A为与GaN器件级联的硅器件的雪崩电压；V_T为GaN器件发生反向关断过程时源极和门极的阈值电压。

本发明的有益效果在于：本发明共源共栅级联的氮化镓器件封装结构，能够有效降低共源共栅级联结构中存在的寄生电感，避免大电流关断情况下GaN器件发生发散振荡现象，能够有效延长GaN器件的使用寿命。

附图说明

图1为典型的共源共栅级联结构的电路图；

图2为本发明共源共栅级联的氮化镓器件封装结构示意图；

图3为本发明共源共栅级联的氮化镓器件的典型应用示意图。

具体实施方式

如图1是一种典型的共源共栅级联结构的电路图，包括输入端10，电感11，二极管12，GaN器件13，硅器件14，电容15，负载端16。该电路是升压型DC/DC功率变换电路的一种典型电路拓扑(Boost电路)，其中的电容15起到滤去电压高频波动、支撑直流电压的作用。其中GaN器件13和硅器件14形成共源共栅级联结构。

本发明在共源共栅级联的GaN器件封装中加入附加电容器C_x。附加电容器C_x在电路中形成RC缓冲电路，以抑制电压尖峰和寄生振荡现象的发生。附加电容器C_x的具体特征为：

(1)附加电容器C_x的电容值应大于C_min。C_min的计算公式如下：

其中，Q为GaN器件在由开通到关断过程中通过沟道直接耗散的电荷量；V_A为与GaN器件级联的硅器件的雪崩电压；V_T为GaN器件发生反向关断过程时源极和门极的阈值电压。这三个参数的计算方法为行业公知，在此不再赘述。

(2)附加电容器C_x的一端直接连接到与GaN器件级联的硅材料器件的源极，另一端通过导线连接到GaN器件的源极。

(3)与GaN器件级联的硅材料器件应位于GaN器件的顶部，以减少互连寄生电感。

如图2所示共源共栅级联的氮化镓器件封装结构示意图，是一种能够避免共源共栅级联的GaN器件出现发散振荡的封装方式，包括栅极21，源极22，硅器件源极23，GaN器件源极24，GaN器件栅极25，漏极26，附加电容器27。图2实际上是图1中GaN器件13和硅器件14所形成的共源共栅级联结构的具体封装形式。该封装形式中，硅器件14位于GaN器件13的上部，连接部分通过结构中间位置的焊盘实现，以尽量减少寄生电感。附加电容器27的一端直接连接到硅器件源极23，另一端通过导线连接到GaN器件源极24。附加电容器27的最小值计算按照公式(1)进行。如图3所示对应共源共栅级联的氮化镓器件的典型应用示意图。