[發明專利]共源共柵級聯的氮化鎵器件封裝結構

在審

• 申請號: 201710059793.8
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106898604A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 陳磊;阮穎
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/538
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種電子元器件結構，特別涉及一種共源共柵級聯的氮化鎵器件封裝結構。

背景技術

氮化鎵(GaN)功率器件是一種新興的電力電子技術。相比于傳統的硅材料器件，采用這種新材料的轉換器可以以更高的頻率和效率運行，被認為是一種具有廣闊前景的新技術。

共源共柵級聯結構廣泛用于高壓常開GaN器件中。實踐中發現，在高壓大電流情況下，共源共柵級聯的GaN器件由于硅MOSFET和GaN之間的電容失配，會產生發散振蕩現象。這種發散振蕩由寄生振蕩在一定幅度下觸發，該幅度由關斷電流，環路電感和結電容決定。發散振蕩對GaN器件的運行有強烈的負面影響，可能會造成器件的損壞。

發明內容

本發明是針對共源共柵級聯的GaN器件的發散振蕩的問題，提出了一種共源共柵級聯的氮化鎵器件封裝結構，避免共源共柵級聯的氮化鎵器件出現發散振蕩。

本發明的技術方案為：一種共源共柵級聯的氮化鎵器件封裝結構，硅器件和GaN器件上下連接形成共源共柵級聯結構，具體結構為硅器件柵極作為級聯結構柵極，硅器件源極作為級聯結構源極，GaN器件漏極作為級聯結構漏極，硅器件源極與GaN器件柵極連接，GaN器件源極與硅器件漏極連接，GaN器件柵極與硅器件源極連接，電容器的一端直接連接到硅器件源極，另一端通過導線連接到GaN器件源極，封裝排布硅器件位于GaN器件的上部，連接部分通過結構中間位置的焊盤連接。

所述電容器C_x的的電容值大于C_min，C_min的計算公式如下：

其中，Q為GaN器件在由開通到關斷過程中通過溝道直接耗散的電荷量；V_A為與GaN器件級聯的硅器件的雪崩電壓；V_T為GaN器件發生反向關斷過程時源極和門極的閾值電壓。

本發明的有益效果在于：本發明共源共柵級聯的氮化鎵器件封裝結構，能夠有效降低共源共柵級聯結構中存在的寄生電感，避免大電流關斷情況下GaN器件發生發散振蕩現象，能夠有效延長GaN器件的使用壽命。

附圖說明

圖1為典型的共源共柵級聯結構的電路圖；

圖2為本發明共源共柵級聯的氮化鎵器件封裝結構示意圖；

圖3為本發明共源共柵級聯的氮化鎵器件的典型應用示意圖。

具體實施方式

如圖1是一種典型的共源共柵級聯結構的電路圖，包括輸入端10，電感11，二極管12，GaN器件13，硅器件14，電容15，負載端16。該電路是升壓型DC/DC功率變換電路的一種典型電路拓撲(Boost電路)，其中的電容15起到濾去電壓高頻波動、支撐直流電壓的作用。其中GaN器件13和硅器件14形成共源共柵級聯結構。

本發明在共源共柵級聯的GaN器件封裝中加入附加電容器C_x。附加電容器C_x在電路中形成RC緩沖電路，以抑制電壓尖峰和寄生振蕩現象的發生。附加電容器C_x的具體特征為：

(1)附加電容器C_x的電容值應大于C_min。C_min的計算公式如下：

其中，Q為GaN器件在由開通到關斷過程中通過溝道直接耗散的電荷量；V_A為與GaN器件級聯的硅器件的雪崩電壓；V_T為GaN器件發生反向關斷過程時源極和門極的閾值電壓。這三個參數的計算方法為行業公知，在此不再贅述。

(2)附加電容器C_x的一端直接連接到與GaN器件級聯的硅材料器件的源極，另一端通過導線連接到GaN器件的源極。

(3)與GaN器件級聯的硅材料器件應位于GaN器件的頂部，以減少互連寄生電感。

如圖2所示共源共柵級聯的氮化鎵器件封裝結構示意圖，是一種能夠避免共源共柵級聯的GaN器件出現發散振蕩的封裝方式，包括柵極21，源極22，硅器件源極23，GaN器件源極24，GaN器件柵極25，漏極26，附加電容器27。圖2實際上是圖1中GaN器件13和硅器件14所形成的共源共柵級聯結構的具體封裝形式。該封裝形式中，硅器件14位于GaN器件13的上部，連接部分通過結構中間位置的焊盤實現，以盡量減少寄生電感。附加電容器27的一端直接連接到硅器件源極23，另一端通過導線連接到GaN器件源極24。附加電容器27的最小值計算按照公式(1)進行。如圖3所示對應共源共柵級聯的氮化鎵器件的典型應用示意圖。