一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管的封裝結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電力電子器件制造以及電力電子電路領域，尤其設計一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管的封裝結構。
【背景技術】
[0002]GaN基半導體材料由于具有寬禁帶、高電子迀移速度、高熱導率、耐腐蝕，抗輻射等突出優點，在制作高溫、高頻、大功率電子器件方面有著獨特的優勢。
[0003]GaN基高壓肖特基二極管由于相較于Si基二極管器件具有更低的導通電阻，更高的反向耐壓，以及極短的反向恢復時間，以及比SiC基二極管器件具有更低的價格，得到了廣泛的研究和發展。
[0004]但是，由于肖特基二極管在反向工作時，隨著耐壓的升高會發生肖特基勢皇降低效應和勢皇隧穿效應，這樣就會使得器件反向工作時的漏電流大大升高。GaN材料高的缺陷密度，也會升高器件反向工作時的漏電流。由于GaN材料高的擊穿雪崩擊穿電場，在器件的反向漏電流很高時也很難達到雪崩擊穿。這樣就會使得所設計GaN基肖特基二極管器件的反向額定電壓遠低于材料發生雪崩擊穿時的耐壓。
[0005]然而，對于Si基高壓二極管材料，由于Si材料低的雪崩擊穿電場，當反向電壓超過器件反向額定電壓時會發生雪崩擊穿。在實際電路中，當電路不穩定，使得器件反向工作電壓高于額定電壓達到雪崩擊穿電壓時，由于雪崩效應使得器件上反向電壓固定。固定反向電壓下直線上升的反向漏電流，也會觸發電路中的保護裝置，從而保護整個電力電子系統。
[0006]對于GaN基肖特基二極管器件，當反向電壓高于GaN基肖特基二極管的反向額定壓時，由于不會雪崩擊穿，反向電壓不能固定。在不穩定的電路中，會發生反向電壓與反向漏電流同時上升的現象。而過高的反向電壓與反向漏電流不但會增加電路的功耗，而且會對功率器件自身以及電路產生破壞作用。在電路設計中，缺少了雪崩電流的反饋作用，也會增加反饋電路的設計難度。
[0007]因此，GaN基肖特基二極管的反向工作特性需要改進。
【發明內容】
[0008]有鑒于此，本發明的目的旨在解決常規GaN基肖特基二極管在實際應用中，反向工作時，不能固定反向壓降在額定值，不能形成雪崩電流反饋的問題。
[0009]為了實現上述發明目的的其技術方案為，一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管的封裝結構，該結構包括反向耐壓大于或者等于設計所需反向額定電壓的GaN基肖特基二極管，反向額定電壓等于設計要求反向額定電壓的垂直結構的Si基二極管；其連線方式為所述GaN基肖特基二極管襯底被焊接到封裝材料的絕緣基板上；所述Si基二極管的陰極被直接焊接到GaN基肖特基二極管的陰極上；上述所述Si基二極管的陽極通過金屬引線與GaN基肖特基二極管的陽極相連，通過引線引出整個模塊的陽極與陰極。
[0010]其中，所述的GaN基肖特基二極管包括:GaN體材料肖特基二極管、AlGaN /GaNHEMTs肖特基二極管；所述的硅基二極管包含肖特基結構和PIN結構。
[0011]其中，當單個GaN基肖特基二極管的正向額定電流不能達到設計要求的器件正向額定電流的要求，所述的GaN基肖特基二極管是由兩個或者兩個以上的GaN基肖特基二極管器件相互并聯形成的模塊。
[0012]其中，當單個GaN基肖特基二極管的反向額定電壓不能達到設計要求的器件反向額定電壓時，所述的GaN基肖特基二極管是由兩個或者兩個以上的GaN基肖特基二極管器件相互串聯形成模塊。
[0013]其中，所述的Si基二極管，當單個Si基二極管的反向額定電壓不能達到設計要求的反向額定電壓時，所述的Si基二極管是由兩個或者兩個以上Si基二極管相互串聯形成的模塊，其總額定電壓等于設計要求的反向額定電壓。
[0014]其中，該結構所采用的封裝結構形式包括:T0封裝、DBC封裝、MCM封裝。
[0015]上述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管的封裝結構的制作方法包括以下步驟:。
[0016]步驟一:選擇反向耐壓大于或者等于設計所需反向額定電壓的GaN基肖特基二極管。
[0017]步驟二:選擇反向額定電壓等于設計要求反向額定電壓的垂直結構的Si基二極管。
[0018]步驟三:將GaN基肖特基二極管襯底焊接到封裝材料的絕緣基板上
[0019]步驟四:將Si基二極管的陰極直接焊接到GaN基肖特基二極管的陰極上
[0020]步驟五:將Si基二極管的陽極通過金屬引線與GaN基肖特基二極管的陽極相連。
[0021]步驟六:通過引線引出整個模塊的陽極與陰極。
[0022]其中步驟一所采用的GaN基肖特基二極管包括:GaN體材料肖特基二極管、AlGaN/GaN HEMTs肖特基二極管。
[0023]其中步驟二中所采用的Si基二極管包括:肖特基結構與PiN結構的二極管。
[0024]其中，當單個Si基二極管的反向額定電壓不能達到設計要求的反向額定電壓時，步驟二中所述的Si基二極管為兩個或者兩個以上Si基二極管相互串聯形成的模塊，其總額定電壓等于設計要求的反向額定電壓。
[0025]其中，當單個GaN基肖特基二極管的正向額定電流不能達到設計要求的器件正向額定電流的要求，步驟一中所述的GaN基肖特基二極管為兩個或者兩個以上的GaN基肖特基二極管器件相互并聯形成的并聯模塊。Si基二極管模塊只需焊接到其中任意一個GaN基肖特基二極管的陰極上。
[0026]其中，當單個GaN基肖特基二極管的反向額定電壓不能達到設計要求的器件反向額定電壓時。步驟一中所述的GaN基肖特基二極管為兩個或者兩個以上的GaN基肖特基二極管器件相互串聯形成的串聯模塊。Si基二極管需安裝到GaN基肖特基二極管并聯模塊的最后一個GaN基肖特基二極管的陰極上
[0027]其中，本發明所采用的封裝結構包括:T0封裝、DBC封裝、MCM封裝【附圖說明】
[0028]附圖1是將一個GaN基肖特基二極管與一個Si基二極管并聯封裝為一個模塊的結構示意圖。
[0029]附圖2是將兩個GaN基肖特基二極管與一個Si基二極管并聯封裝為一個模塊的結構示意圖
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