[其他]大功率轉折二極管

無效

• 申請號: 86201268
• 申請日: 1986-03-06
• 公開（公告）號: CN86201268U
• 公開（公告）日: 1987-12-16
• 發明（設計）人: 黃守南;韓偉德;凌煒
• 申請（專利權）人: 機械工業部廣州電器科學研究所
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: H01L29/74;H01L23/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

轉折二極管，亦稱BOD，是電力半導體器件。圖1是其伏安特性曲線，反向特性與普通二極管相同，而正向特性有別于普通的二極管。當元件兩端施加正向電壓時，如果電壓低于轉折電壓VBO，元件呈高阻狀態；如果電壓等于或高于VBO，元件即會發生轉折導通，元件呈低阻狀態，這時流過元件的工作電流很大，而元件兩端的壓降很小，一般在3V以下。

公知的轉折二極管，管芯直徑一般很小，在15mm以下，而工作電流不超過30安。因此，只適宜在較小功率的場合下應用。如果要增大轉折二極管的電流，必然要增大硅片的直徑。事實上，簡單地增加直徑并不能使工作電流大幅度地提高。這是因為硅片直徑增大以后，硅片上PN結產生的缺陷或由擴散引起的雜質分布不均勻的機率隨之增大，在元件最初轉折導通時，大電流就會集中地從有缺陷的地方通過，從而引起局部高溫，致使元件在第一次導通后就永久地破壞。因此，在需要通過大電流的情況下，如工作電流需要達到幾百安，甚至幾千安時，現有技術是將轉折二極管接到大功率晶閘管的門極回路，用它來觸發大功率晶閘管的導通來達到增大電流的目的。圖2是組件的原理線路，其中（1）是公知的轉折二極管，（2）是大功率晶閘管。

本實用新型的任務是制造出一種轉折二極管，既具有和公知的轉折二極管相同的伏安特性，又具有圖2的組件所具有的功能，也就是使轉折二極管的工作電流比現有技術提高2～3個數量級。

本實用新型的解決方案是根據工作電流的大小，適當選擇硅片的參數及其直徑，其直徑一般等于或大于30mm，硅片要盡量消除任何局部的缺陷，平整度控制在5μm以下，表面光潔度為8～12。硅片采用兩次擴散法加工，而兩次擴散的結深及表面深度要嚴格控制和互相匹配。第一次擴散采用真空閉管法，硅片的表面濃度要求達到高度均勻，結深在80μm以上；第二次擴散可以用涂層擴散法，其結深15μm以上，第二次擴散的表面濃度應為第一次擴散的1000倍以上。

本實用新型的元件是平板壓接式結構，在使用時可以安裝散熱器，散熱器以機械方法夾緊元件的兩個電極，使之能良好地導電與散熱。

本實用新型的大功率轉折二極管，由于工作電流遠比公知的轉折二極管大，因此，可以直接用于大型電器設備，如大型發電機組的轉子過電壓保護器上。其明顯的優點是過流能力大，動作電壓（即轉折電壓）準確，線路簡單，工作可靠，而且體積小。

圖3和圖4描述了本實用新型的一個實施例。

圖3是工作電流為3000安（每次導通時間1秒）的大功率轉折二極管的管芯剖面圖，N₂（3），P₂（4），N₁（5），P₁（6）為用擴散法形成的同一硅片（9）上的四個PN層，硅片（9）與鋁片（8）及鉬片（7）用真空燒結的方法結合在一起，直徑都是45mm，鉬片（7）是陽極。在N₂（3）上有許多均布的小洞，這是短路點（10）。復蓋在N₂（3）上及短路點（10）上的鋁層（11）是陰極。硅片（9）的平整度≤5μm，表面光潔度10以上，第一次擴散結深110～115μm，第二次擴散結深20～25μm，第二次擴散的表面濃度要比第一次高1200～1500倍以上。

圖4是工作電流為3000安的大功率轉折二極管的結構剖面圖。金屬片（12），陶瓷環（13）和金屬片（14）用陶瓷金屬化工藝焊接成上管殼。金屬片（15），陶瓷環（16）和金屬片（17）相應構成下管殼，管芯（18）的上面放置銀墊片（19）和鍍銀的紫銅塊（23）后，一起置于上下管殼之間。管芯的周圍襯墊一圈聚四氟乙烯片（22），然后將上下管殼在（21）處焊成一體。元件在應用時，要用金屬的壓頭（20）和（24）給元件的兩電極施加足夠大的壓力，使其導電導熱性能良好，并且通過這兩個金屬壓頭接到電路中去。