本發明涉及二極管技術領域,特涉及一種用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管及其使用方法。
背景技術:
目前,市面上現有的瞬態抑制二極管雖然都具有非線性電壓特性,但擊穿電流較小,也不方便在避雷器中將多個二極管并聯或串聯以提高裝置的擊穿電流或工作電壓,不能滿足電力線路避雷器大通流容量的需求,因而只適用于瞬態電壓抑制和部分電路的過壓保護,不能用于電力線路的過壓保護和防雷避雷。
技術實現要素:
針對現有技術的不足,本發明提供了一種用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管。本發明在N型圓硅芯片的上表面制作一個二氧化硅絕緣層,在二氧化硅絕緣層上制作多個圓形光刻窗口,通過多個圓形光刻窗口擴散出多個P型區,形成多個PN結,在多個圓形光刻窗口處壓上一個圓臺形正電極,在N型圓硅芯片下部分別壓上一個圓柱形負電極,在圓臺形正電極和圓臺形負電極之間封裝一個絕緣外殼,即形成多PN結瞬態抑制二極管。本發明解決了一般的瞬態抑制二極管擊穿電流較小的問題,具有擊穿電流較大,適合制作電力線路避雷器等優點。
本發明的技術方案是:一種用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管,包括N型圓硅芯片、二氧化硅絕緣層、光刻窗口、P型區、PN結、圓臺形正電極、圓柱形負電極、絕緣外殼、第二接觸電極,其中N型圓硅芯片的上表面設置二氧化硅絕緣層,其特征在于:所述的光刻窗口還包括第一接觸電極,第一接觸電極下方設置P型區;所述的二氧化硅絕緣層內分布至少兩個光刻窗口;光刻窗口下方依次設置P型區;P型區外部被PN結包圍;PN結設置在N型圓硅芯片內部;在N型圓硅芯片的下表面鍍有一層第二接觸電極,第二接觸電極與圓柱形負電極連接;所述的二氧化硅絕緣層和光刻窗口上方設置圓臺形正電極;所述的圓臺形正電極、圓柱形負電極分別覆蓋在用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管正反面。
根據如上所述的用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管,其特征在于:所述的光刻窗口與P型區、PN結一一對應設置。
根據如上所述的用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管,其特征在于:所述的光刻窗口為圓形。
本發明還公開了一種用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管的使用方法,其特征在于:采用如上所述的用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管,將N片用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管堆疊,形成一個圓柱形芯體的多片的用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管組,其中N大于等于2。
本發明還公開了一種用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管的使用方法,其特征在于:采用如上所述的用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管,將N片用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管壓接在兩片銅片之間,其中一片銅片壓接正極,另一片壓接負極,其中N大于等于2。
本發明的有益效果在于:一是不僅具有多個并聯的PN結,能形成較大的擊穿電流;二是設置了圓臺形正電極和圓臺形負電極,使其在組裝避雷器時能方便的多片堆疊,提高工作電壓,并減小接觸電阻,不僅能滿足一般電力線路避雷器大通流容量的需求,還能滿足高壓電力線路避雷器高電壓、大通流容量的需求;三是可多個并聯,提高工作電流;四是具有擊穿電流較大,適合制作電力線路避雷器等優點。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳述。
圖1為本發明二極管的結構示意圖;
圖2為本發明二極管的俯視圖;
圖3為本發明二極管的仰視圖;
圖4為本發明光刻窗口的結構示意圖。
附圖標記說明:N型圓硅芯片1、二氧化硅絕緣層2、光刻窗口3、P型區4、PN結5、圓臺形正電極6、圓臺形負電極7、絕緣外殼8、第一接觸電極9、第二接觸電極10。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明。
如圖1所示,本發明的用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管,包括N型圓硅芯片1、二氧化硅絕緣層2、光刻窗口3、P型區4、PN結5、圓臺形正電極6、圓柱形負電極7、絕緣外殼8、第二接觸電極10。如圖4所示,光刻窗口3還包括第一接觸電極9,第一接觸電極9下方設置P型區4,其中N型圓硅芯片1的上表面設置二氧化硅絕緣層2,二氧化硅絕緣層2內分布多個圓形光刻窗口3。圓形光刻窗口3下方設置P型區4;P型區4外部被PN結5包圍;PN結5設置在N型圓硅芯片1內部;在N型圓硅芯片1的下表面鍍有一層第二接觸電極10,第二接觸電極10與圓柱形負電極7連接。
本發明的圓臺形正電極6、圓柱形負電極7分別覆蓋在用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管正反面,這樣可以確保產品連接時覆蓋面大,降低產品連接時的電阻,且在使用時,可以很方便的將多個多PN結瞬態抑制二極管并聯或串聯起來,以提高整個裝置的擊穿電流和工作電壓;并且圓臺形正電極6和圓柱形負電極7還可以增加本發明的散熱性能,提高散熱效果。
本發明的光刻窗口3、P型區4、PN結5至少為2個,且光刻窗口3與P型區4、PN結5一一對應設置,即光刻窗口3對應一個P型區4和一個PN結5,形成一個PN結。如圖1中示意出了光刻窗口3、P型區4、PN結5都為3個的情況。本發明中,將多個PN結并聯起來,能形成較大的擊穿電流。如本發明中,單個PN結的擊穿電流為1000A,則三個PN結并聯后,擊穿電流則可達3000A。
本發明的二氧化硅絕緣層2為保護層,在二氧化硅絕緣層2上用激光刻出去掉二氧化硅絕緣層的窗口,可以露出N硅芯片,用來從光刻窗口3摻入三價元素,形成P型區4。
本發明工作時,二極管需要承受的電流和電壓非常大,故應降低內部器件的接觸電阻。本發明在光刻窗口3下方露出的N硅芯片表面鍍上一層第一接觸電極9,使第一接觸電極9與P型區4相連,以便使P型區4與圓臺形正電極6具有良好的導電接觸,在N型圓硅芯片1下表面鍍上一層第二接觸電極10,以便使N型圓硅芯片1與圓柱形負電極7具有良好的導電接觸。
如圖1、圖2、圖3、圖4所示,本發明的二氧化硅絕緣層2和光刻窗口3上方設置圓臺形正電極6,在光刻窗口3本體的下部設置第一接觸電極9, N型圓硅芯片1下方依次設置第二接觸電極10和圓柱形負電極7,圓臺形正電極6和圓柱形負電極7之間封裝一個絕緣外殼8。采用圓臺形正電極6和圓柱形負電極7,使其在組裝避雷器時能方便的多片堆疊,形成圓柱形芯體,能提高工作電壓,并減小接觸電阻,不僅能滿足一般電力線路避雷器大通流容量的需求,還能滿足高壓電力線路避雷器高電壓、大通流容量的需求。同時,本發明也能將多片用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管并聯放置,即將多個圓臺形正電極6連接在一起形成正極,多個圓柱形負電極7連接在一起形成負極,進一步提高二極管整體的擊穿電流,如采用本發明的二極管擊穿電流可高達3000A(現有瞬態抑制二極管擊穿電流為幾十到幾百A,本發明采用了超大PN結工藝),如將5個二極管壓裝在兩片銅片之間,一片銅片壓接正極,另一片壓接負極,則整個二極管組的擊穿電流可達15000A。且本發明的用于避雷器的多PN結瞬態抑制二極管整體結構為圓柱體,多個并排在一起使用,圓柱體之間形成的縫隙可以提高并聯使用后整個裝置的散熱性能。
本發明的超大PN結工藝:N型圓硅芯片1直徑為10mm左右,圓形光刻窗口直徑為2-3mm,可以形成超大PN結(約為現有瞬態抑制二極管的幾到幾十倍)。
本發明的圓形光刻窗口3也可以設置為其他形狀,如方形,但設置為圓形更適合于工藝加工。但圓臺形正電極6、圓柱形負電極7最好不設置為其他形狀,因避雷器一般為圓柱形,設置為其他形狀不方便制作避雷器。
本發明的工作過程是:當圓柱形負電極7與圓臺形正電極6之間瞬態電壓過大時,PN結5導通,電流從圓柱形負電極7經過第二接觸電極10、N型圓硅芯片1 、PN結5、P型區4、光刻窗口3流向圓臺形正電極6,由于中間P型區4、PN結5為多個,所以即使流入二極管的整體電流很大,但單個PN結的電流不大,解決了一般的瞬態抑制二極管擊穿電流較小,不能滿足電力線路避雷器大通流容量需求的問題。本發明具有擊穿電流較大,適合制作電力線路避雷器等優點。