一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]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AIGaN/GaN HEMTs器件的封装结构。
[0002]研宄背景
GaN基半导体材料由于具有宽禁带、高电子迀移速度、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。
[0003]AIGaN/GaN HTMTs (High electron mobility transisitors)器件是众多 GaN 基器件的研宄热点。由于在异质结的存在，在不掺杂的情况下会通过压电效应和自发极化在异质结的界面(AIGaN/GaN)处会天然形成二维电子气薄层(2-DEG)。同时，无掺杂的AlGaN和GaN可以降低输入电容，提高器件的工作频率。再者，AIGaN/GaN HEMTs由于天然沟道的存在大大降低了开态电阻。而且相对于同为宽禁带材料的SiC基器件，GaN材料具有更低的价格，因此，AIGaN/GaN HTMTs器件得到了广泛的研宄和发展。
[0004]但是研宄证明AIGaN/GaN HTMTs器件在阻断状态下工作时，器件的击穿电压为负的温度系数，因此器件击穿并非碰撞电离式的雪崩击穿形式。由于AIGaN/GaN HTMTs器件不具备雪崩击穿，器件在阻断状态时，当漏端电压超过器件的额定耐压时，漏端电压不能固定，会随着漏电流的升高一直升高。而过高的漏电流与漏电压，不仅增加了系统的功耗，而且会引起器件本身以及系统的安全性和可靠性问题。缺少了雪崩击穿时漏电流的反馈作用，也增加了反馈系统的设计难度。
[0005]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压降固定。固定反向压降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。
[0006]因此，AIGaN/GaN HTMTs器件阻断状态下的特性需要改进。
[0007]
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明旨在解决常规AIGaN/GaN HTMTs器件在实际应用中，器件在阻断状态下，不能形成雪崩击穿，固定漏电压，形成漏电流反馈的问题。
[0009]为了实现上述目的，本发明通过使得AIGaN/GaN HTMTs器件与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，固定漏端电压，形成雪崩电流反馈，从而保护器件本身与电路系统。具体实施方法如下。
[0010]步骤一:选择阻断耐压大于或者等于所设计要求额定阻断电压的AIGaN/GaNHTMTs器件。
[0011]步骤二:选择反向额定耐压等于所设计要求额定阻断电压Si基二极管。
[0012]步骤三:将AIGaN/GaN HTMTs器件的衬底焊接到封装材料的基板上。
[0013]步骤四:将Si基二极管的阴极焊接到AIGaN/GaN HTMTs器件的漏极(Drain)上面。
[0014]步骤五:将Si基二极管的阳极通过金属引线与AIGaN/GaN HTMTs器件的栅极(Gate)相连。
[0015]步骤六:通过引线引出封装模块的栅极(Gate)、源极(Source)以及漏极(Drain)。
[0016]其中步骤一中所述的AIGaN/GaN HTMTs器件可以是肖特基栅、MIS栅以及PN结栅AIGaN/GaN HTMTs器件，也可以是其他各种AIGaN/GaN HTMTs三端器件。
[0017]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。
[0018]其中，假若Si基二极管的反向耐压不能达到AIGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压，步骤二中所采用的Si基二极管是两个或者两个以上Si基二极管相互串联形成模块，其总额定电压等于AIGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压。
[0019]其中，为了达到设计器件所需电流的要求，也可以将两个或者两个以上额定阻断电压相同的AIGaN/GaN HTMTs器件相互并联。通过将AIGaN/GaN HTMTs器件的衬底焊接到封装材料的绝缘基板上，将反向额定电压与AIGaN/GaN HTMTs器件阻断电压相同的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AIGaN/GaN HTMTs器件的漏极(Drain)上，通过金属引线将AIGaN/GaN HTMTs器件的栅极(Gate)、源极(Source)以及漏极(Drain)分别对应相连形成并联模块，然后通过引线将AIGaN/GaN HTMTs器件模块的栅极(Gate)与Si基二极管或者Si基二极管模块的阳极相连。其中，本发明所采用的封装结构可以为T0220、DBC模块等各种封装结构。
【附图说明】
[0020]附图1是将一个AIGaN/GaN HTMTs器件与一个Si基二极管并联封装为一个模块的结构示意图。
[0021]附图2是将两个AIGaN/GaN HTMTs器件与一个Si基二极管并联封装为一个模块的结构示意图
附图3是将一个AIGaN/GaN HTMTs器件与一个垂直串联焊接的Si基二极管模块封装为一个模块的结构示意图。
[0022]附图4是将一个AIGaN/GaN HTMTs器件与一个Si基二极管并联封装为一个模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]本发明中通过将Si基二极管与AIGaN/GaN HTMTs器件并联并封装为模块，使AIGaN/GaN HTMTs具有了雪崩击穿特性。利用了 Si基二极管雪崩击穿效应，固定漏端电压，形成雪崩电流反馈，从而保护了器件本身与电路系统。
[0024]为进一步说明本发明的特征和技术方案，以下结合附图通过具体实施例的描述，进一步详细说明本发明的结构、优点和性能。
[0025]实施实例一
如附图1所示，将AIGaN/GaN HTMTs器件2的衬底焊接到绝缘基板I上，通过金属焊接的方式将垂直结构的Si基二极管3的阴极焊接到AIGaN/GaN HTMTs器件的漏极(Drain)4上，其中Si基二极管的反向额定电压与AIGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压相同。通过金属引线10将AIGaN/GaN HTMTs器件的栅极(Gate)5与Si基二极管9的阳极相连。通过金属引线分别引出整个封装模块的栅极(Gate) 7、源极(Source) 8以及漏极(Drain) 9。
[0026]实施实例二
为了达到封装模块正向电流的需求，也可以将η个额定阻断电压相同的AIGaN/GaNHTMTs器件相互并联，并将其中一个的阴极焊接上Si基二极管，其中Si基二极管的反向额定电压与AIGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压相同。
[0027]如附图2所示，将两个AIGaN/GaN HTMTs器件2的衬底焊接到绝缘基板I上，通过金属焊接的方式将垂直结构的Si基二极管3的阴极焊接到其中一个AIGaN/GaN HTMTs器件的漏极(Drain) 4上。通过金属引线11、12、13将AIGaN/GaN HTMTs器件的栅极(Gate)
5、源极(Source) 6以及漏极(Drain) 4分别对应相连，形成并联结构。通过金属引线10将AIGaN/GaN HTMTs器件的栅极5与Si基二极管3的阳极相连。通过金属引线分别引出整个封装模块的栅极(Gate) 7、源极(Source) 8以及漏极(Drain) 9。
[0028]实施实例三
若单个Si基二极管的反向额定电压不能达到与AIGaN/GaN HTMTs器件额定阻断电压相同等级，也可以将η个Si基二极管相互串联，并垂直焊接为模块，使其反向额定电压等于AIGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压。将Si基二极管模块的阴极焊接到AIGaN/GaNHTMTs器件的漏极(Drain)上。
[0029]如附图3所示，将AIGaN/GaN HTMTs器件2的衬底焊接到绝缘基板I上，通过金属焊接的方式将垂直焊接形成的Si基二极管模块3的阴极焊接到AIGaN/GaN HTMTs器件的漏极(Drain) 4上。通过金属引线10将AIGaN/GaN HTMTs器件的栅极5与Si基二极管模块3的阳极相连。通过金属引线分别引出整个封装模块的栅极(Gate) 7、源极(Source) 8以及漏极(Drain) 9。
[0030]上面结合附图对本发明的实施实例做了详细说明，但是本发明不限于上述实施实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【主权项】
1.一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封装结构，包括:阻断电压大于或者等于设计要求额定阻断电压的AlGaN/GaN HTMTs器件，反向额定耐压等于设计要求额定阻断电压垂直结构的Si基二极管，所述AlGaN/GaN HTMTs器件的衬底焊接到封装材料的绝缘基板上，所述Si基二极管的阴极焊接到AlGaN/GaN HTMTs器件的漏极(Drain)上面， 所述Si基二极管的阳极通过金属引线与AlGaN/GaN HTMTs器件的栅极(Gate)相连， 所述金属引线引出封装模块的栅极(Gate)、源极(Source)以及漏极(Drain)。
2.—种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封装结构，其特征在于中所述的AlGaN/GaN HTMTs器件可以是肖特基栅、MIS栅以及PN结栅AlGaN/GaN HTMTs器件，也可以是其他各种AlGaN/GaN HTMTs三端器件。
3.一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封装结构，其特征在于其中所述的Si基二极管可以是肖特基结、PiN结等各种垂直结构的Si基二极管器件。
4.一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封装结构，其特征在于，假若Si基二极管的反向额定电压不能达到AlGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压，也可以串联两个或者两个以上所述的Si基二极管，以使其总的反向额定电压等于AlGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压。
5.一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封装结构，其特征在于其中为了达到设计器件所需电流的要求，也可以将两个或者两个以上额定阻断电压相同的AlGaN/GaNHTMTs器件相互并联通过将AlGaN/GaN HTMTs器件的衬底焊接到封装材料的绝缘基板上，将反向额定电压与AlGaN/GaN HTMTs器件阻断电压相同的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AlGaN/GaN HTMTs器件的漏极(Drain)上，通过金属引线将AlGaN/GaN HTMTs器件的栅极(Gate)、源极(Source)以及漏极(Drain)分别对应相连形成并联模块，然后通过引线将AlGaN/GaN HTMTs器件模块的栅极(Gate)与Si基二极管或者Si基二极管模块的阳极相连；一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封装结构，其特征在于其中所采用的封装结构可以为T0220、DBC模块等各种封装形式。
【专利摘要】本发明公开了一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN？HTMTs器件的封装结构。器件包括AlGaN/GaN？HTMTs器件和反向额定电压与AlGaN/GaN？HTMTs器件额定阻断电压相同的Si基二极管并联，使得AlGaN/GaN？HTMTs器件在阻断状态工作时，当漏端电压超过器件的额定阻断电压时，通过Si基二极管的雪崩击穿效应，固定漏端电压，并且通过Si基二极管的雪崩效应产生雪崩电流，反馈给保护电路。从而保护器件本身以及整个电路系统，增强器件和系统的安全性与稳定性。该封装结构的特点包括直接将垂直结构的Si基二极管焊接到AlGaN/GaN？HTMTs器件的漏极（Drain）上形成并联结构。
【IPC分类】H01L25-07, H01L23-538
【公开号】CN104576623
【申请号】CN201410662065
【发明人】何志, 谢刚
【申请人】佛山芯光半导体有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年11月19日