一種帶雪崩擊穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力電子器件制造以及電力電子電路領(lǐng)域，尤其設(shè)計(jì)一種帶雪崩擊穿特性的AIGaN/GaN HEMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)。
[0002]研宄背景
GaN基半導(dǎo)體材料由于具有寬禁帶、高電子迀移速度、高熱導(dǎo)率、耐腐蝕，抗輻射等突出優(yōu)點(diǎn)，在制作高溫、高頻、大功率電子器件方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
[0003]AIGaN/GaN HTMTs (High electron mobility transisitors)器件是眾多 GaN 基器件的研宄熱點(diǎn)。由于在異質(zhì)結(jié)的存在，在不摻雜的情況下會(huì)通過(guò)壓電效應(yīng)和自發(fā)極化在異質(zhì)結(jié)的界面(AIGaN/GaN)處會(huì)天然形成二維電子氣薄層(2-DEG)。同時(shí)，無(wú)摻雜的AlGaN和GaN可以降低輸入電容，提高器件的工作頻率。再者，AIGaN/GaN HEMTs由于天然溝道的存在大大降低了開(kāi)態(tài)電阻。而且相對(duì)于同為寬禁帶材料的SiC基器件，GaN材料具有更低的價(jià)格，因此，AIGaN/GaN HTMTs器件得到了廣泛的研宄和發(fā)展。
[0004]但是研宄證明AIGaN/GaN HTMTs器件在阻斷狀態(tài)下工作時(shí)，器件的擊穿電壓為負(fù)的溫度系數(shù)，因此器件擊穿并非碰撞電離式的雪崩擊穿形式。由于AIGaN/GaN HTMTs器件不具備雪崩擊穿，器件在阻斷狀態(tài)時(shí)，當(dāng)漏端電壓超過(guò)器件的額定耐壓時(shí)，漏端電壓不能固定，會(huì)隨著漏電流的升高一直升高。而過(guò)高的漏電流與漏電壓，不僅增加了系統(tǒng)的功耗，而且會(huì)引起器件本身以及系統(tǒng)的安全性和可靠性問(wèn)題。缺少了雪崩擊穿時(shí)漏電流的反饋?zhàn)饔?，也增加了反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。
[0005]然而，對(duì)于Si基高壓二極管材料，由于Si材料低的雪崩擊穿電場(chǎng)，當(dāng)反向電壓超過(guò)器件反向額定電壓時(shí)會(huì)發(fā)生雪崩擊穿。在實(shí)際電路中，當(dāng)電路不穩(wěn)定，使得器件反向工作電壓高于額定電壓達(dá)到雪崩擊穿電壓時(shí)，由于雪崩效應(yīng)使得器件上反向壓降固定。固定反向壓降下直線上升的反向漏電流，也會(huì)觸發(fā)電路中的保護(hù)裝置，從而保護(hù)整個(gè)電力電子系統(tǒng)。
[0006]因此，AIGaN/GaN HTMTs器件阻斷狀態(tài)下的特性需要改進(jìn)。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明旨在解決常規(guī)AIGaN/GaN HTMTs器件在實(shí)際應(yīng)用中，器件在阻斷狀態(tài)下，不能形成雪崩擊穿，固定漏電壓，形成漏電流反饋的問(wèn)題。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)使得AIGaN/GaN HTMTs器件與Si基二極管并聯(lián)封裝為一個(gè)模塊，當(dāng)反向壓降超過(guò)額定值時(shí)，通過(guò)Si基二極管的雪崩效應(yīng)，固定漏端電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護(hù)器件本身與電路系統(tǒng)。具體實(shí)施方法如下。
[0010]步驟一:選擇阻斷耐壓大于或者等于所設(shè)計(jì)要求額定阻斷電壓的AIGaN/GaNHTMTs器件。
[0011]步驟二:選擇反向額定耐壓等于所設(shè)計(jì)要求額定阻斷電壓Si基二極管。
[0012]步驟三:將AIGaN/GaN HTMTs器件的襯底焊接到封裝材料的基板上。
[0013]步驟四:將Si基二極管的陰極焊接到AIGaN/GaN HTMTs器件的漏極(Drain)上面。
[0014]步驟五:將Si基二極管的陽(yáng)極通過(guò)金屬引線與AIGaN/GaN HTMTs器件的柵極(Gate)相連。
[0015]步驟六:通過(guò)引線引出封裝模塊的柵極(Gate)、源極(Source)以及漏極(Drain)。
[0016]其中步驟一中所述的AIGaN/GaN HTMTs器件可以是肖特基柵、MIS柵以及PN結(jié)柵AIGaN/GaN HTMTs器件，也可以是其他各種AIGaN/GaN HTMTs三端器件。
[0017]其中步驟二中所采用的Si基二極管可以是肖特基結(jié)構(gòu)、PiN結(jié)構(gòu)等各種垂直結(jié)構(gòu)的Si基二極管器件。
[0018]其中，假若Si基二極管的反向耐壓不能達(dá)到AIGaN/GaN HTMTs器件的額定阻斷電壓，步驟二中所采用的Si基二極管是兩個(gè)或者兩個(gè)以上Si基二極管相互串聯(lián)形成模塊，其總額定電壓等于AIGaN/GaN HTMTs器件的額定阻斷電壓。
[0019]其中，為了達(dá)到設(shè)計(jì)器件所需電流的要求，也可以將兩個(gè)或者兩個(gè)以上額定阻斷電壓相同的AIGaN/GaN HTMTs器件相互并聯(lián)。通過(guò)將AIGaN/GaN HTMTs器件的襯底焊接到封裝材料的絕緣基板上，將反向額定電壓與AIGaN/GaN HTMTs器件阻斷電壓相同的Si基二極管或者垂直串聯(lián)焊接形成的Si基二極管模塊焊接到其中一個(gè)AIGaN/GaN HTMTs器件的漏極(Drain)上，通過(guò)金屬引線將AIGaN/GaN HTMTs器件的柵極(Gate)、源極(Source)以及漏極(Drain)分別對(duì)應(yīng)相連形成并聯(lián)模塊，然后通過(guò)引線將AIGaN/GaN HTMTs器件模塊的柵極(Gate)與Si基二極管或者Si基二極管模塊的陽(yáng)極相連。其中，本發(fā)明所采用的封裝結(jié)構(gòu)可以為T(mén)0220、DBC模塊等各種封裝結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]附圖1是將一個(gè)AIGaN/GaN HTMTs器件與一個(gè)Si基二極管并聯(lián)封裝為一個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖2是將兩個(gè)AIGaN/GaN HTMTs器件與一個(gè)Si基二極管并聯(lián)封裝為一個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖
附圖3是將一個(gè)AIGaN/GaN HTMTs器件與一個(gè)垂直串聯(lián)焊接的Si基二極管模塊封裝為一個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖4是將一個(gè)AIGaN/GaN HTMTs器件與一個(gè)Si基二極管并聯(lián)封裝為一個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明中通過(guò)將Si基二極管與AIGaN/GaN HTMTs器件并聯(lián)并封裝為模塊，使AIGaN/GaN HTMTs具有了雪崩擊穿特性。利用了 Si基二極管雪崩擊穿效應(yīng)，固定漏端電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護(hù)了器件本身與電路系統(tǒng)。
[0024]為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例的描述，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)和性能。
[0025]實(shí)施實(shí)例一
如附圖1所示，將AIGaN/GaN HTMTs器件2的襯底焊接到絕緣基板I上，通過(guò)金屬焊接的方式將垂直結(jié)構(gòu)的Si基二極管3的陰極焊接到AIGaN/GaN HTMTs器件的漏極(Drain)4上，其中Si基二極管的反向額定電壓與AIGaN/GaN HTMTs器件的額定阻斷電壓相同。通過(guò)金屬引線10將AIGaN/GaN HTMTs器件的柵極(Gate)5與Si基二極管9的陽(yáng)極相連。通過(guò)金屬引線分別引出整個(gè)封裝模塊的柵極(Gate) 7、源極(Source) 8以及漏極(Drain) 9。
[0026]實(shí)施實(shí)例二
為了達(dá)到封裝模塊正向電流的需求，也可以將η個(gè)額定阻斷電壓相同的AIGaN/GaNHTMTs器件相互并聯(lián)，并將其中一個(gè)的陰極焊接上Si基二極管，其中Si基二極管的反向額定電壓與AIGaN/GaN HTMTs器件的額定阻斷電壓相同。
[0027]如附圖2所示，將兩個(gè)AIGaN/GaN HTMTs器件2的襯底焊接到絕緣基板I上，通過(guò)金屬焊接的方式將垂直結(jié)構(gòu)的Si基二極管3的陰極焊接到其中一個(gè)AIGaN/GaN HTMTs器件的漏極(Drain) 4上。通過(guò)金屬引線11、12、13將AIGaN/GaN HTMTs器件的柵極(Gate)
5、源極(Source) 6以及漏極(Drain) 4分別對(duì)應(yīng)相連，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。通過(guò)金屬引線10將AIGaN/GaN HTMTs器件的柵極5與Si基二極管3的陽(yáng)極相連。通過(guò)金屬引線分別引出整個(gè)封裝模塊的柵極(Gate) 7、源極(Source) 8以及漏極(Drain) 9。
[0028]實(shí)施實(shí)例三
若單個(gè)Si基二極管的反向額定電壓不能達(dá)到與AIGaN/GaN HTMTs器件額定阻斷電壓相同等級(jí)，也可以將η個(gè)Si基二極管相互串聯(lián)，并垂直焊接為模塊，使其反向額定電壓等于AIGaN/GaN HTMTs器件的額定阻斷電壓。將Si基二極管模塊的陰極焊接到AIGaN/GaNHTMTs器件的漏極(Drain)上。
[0029]如附圖3所示，將AIGaN/GaN HTMTs器件2的襯底焊接到絕緣基板I上，通過(guò)金屬焊接的方式將垂直焊接形成的Si基二極管模塊3的陰極焊接到AIGaN/GaN HTMTs器件的漏極(Drain) 4上。通過(guò)金屬引線10將AIGaN/GaN HTMTs器件的柵極5與Si基二極管模塊3的陽(yáng)極相連。通過(guò)金屬引線分別引出整個(gè)封裝模塊的柵極(Gate) 7、源極(Source) 8以及漏極(Drain) 9。
[0030]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例做了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施實(shí)例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶雪崩擊穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)，包括:阻斷電壓大于或者等于設(shè)計(jì)要求額定阻斷電壓的AlGaN/GaN HTMTs器件，反向額定耐壓等于設(shè)計(jì)要求額定阻斷電壓垂直結(jié)構(gòu)的Si基二極管，所述AlGaN/GaN HTMTs器件的襯底焊接到封裝材料的絕緣基板上，所述Si基二極管的陰極焊接到AlGaN/GaN HTMTs器件的漏極(Drain)上面， 所述Si基二極管的陽(yáng)極通過(guò)金屬引線與AlGaN/GaN HTMTs器件的柵極(Gate)相連， 所述金屬引線引出封裝模塊的柵極(Gate)、源極(Source)以及漏極(Drain)。
2.—種帶雪崩擊穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于中所述的AlGaN/GaN HTMTs器件可以是肖特基柵、MIS柵以及PN結(jié)柵AlGaN/GaN HTMTs器件，也可以是其他各種AlGaN/GaN HTMTs三端器件。
3.一種帶雪崩擊穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的Si基二極管可以是肖特基結(jié)、PiN結(jié)等各種垂直結(jié)構(gòu)的Si基二極管器件。
4.一種帶雪崩擊穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，假若Si基二極管的反向額定電壓不能達(dá)到AlGaN/GaN HTMTs器件的額定阻斷電壓，也可以串聯(lián)兩個(gè)或者兩個(gè)以上所述的Si基二極管，以使其總的反向額定電壓等于AlGaN/GaN HTMTs器件的額定阻斷電壓。
5.一種帶雪崩擊穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于其中為了達(dá)到設(shè)計(jì)器件所需電流的要求，也可以將兩個(gè)或者兩個(gè)以上額定阻斷電壓相同的AlGaN/GaNHTMTs器件相互并聯(lián)通過(guò)將AlGaN/GaN HTMTs器件的襯底焊接到封裝材料的絕緣基板上，將反向額定電壓與AlGaN/GaN HTMTs器件阻斷電壓相同的Si基二極管或者垂直串聯(lián)焊接形成的Si基二極管模塊焊接到其中一個(gè)AlGaN/GaN HTMTs器件的漏極(Drain)上，通過(guò)金屬引線將AlGaN/GaN HTMTs器件的柵極(Gate)、源極(Source)以及漏極(Drain)分別對(duì)應(yīng)相連形成并聯(lián)模塊，然后通過(guò)引線將AlGaN/GaN HTMTs器件模塊的柵極(Gate)與Si基二極管或者Si基二極管模塊的陽(yáng)極相連；一種帶雪崩擊穿特性的AlGaN/GaN HEMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所采用的封裝結(jié)構(gòu)可以為T(mén)0220、DBC模塊等各種封裝形式。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種帶雪崩擊穿特性的AlGaN/GaN？HTMTs器件的封裝結(jié)構(gòu)。器件包括AlGaN/GaN？HTMTs器件和反向額定電壓與AlGaN/GaN？HTMTs器件額定阻斷電壓相同的Si基二極管并聯(lián)，使得AlGaN/GaN？HTMTs器件在阻斷狀態(tài)工作時(shí)，當(dāng)漏端電壓超過(guò)器件的額定阻斷電壓時(shí)，通過(guò)Si基二極管的雪崩擊穿效應(yīng)，固定漏端電壓，并且通過(guò)Si基二極管的雪崩效應(yīng)產(chǎn)生雪崩電流，反饋給保護(hù)電路。從而保護(hù)器件本身以及整個(gè)電路系統(tǒng)，增強(qiáng)器件和系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。該封裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)包括直接將垂直結(jié)構(gòu)的Si基二極管焊接到AlGaN/GaN？HTMTs器件的漏極（Drain）上形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】H01L25-07, H01L23-538
【公開(kāi)號(hào)】CN104576623
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410662065
【發(fā)明人】何志, 謝剛
【申請(qǐng)人】佛山芯光半導(dǎo)體有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年11月19日