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CN106803520A - 一种用于避雷器的多pn结瞬态抑制二极管及其使用方法 - Google Patents

一种用于避雷器的多pn结瞬态抑制二极管及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及二极管技术领域，特涉及一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管及其使用方法。本发明在N型圆硅芯片的上表面制作一个二氧化硅绝缘层，在二氧化硅绝缘层上制作多个圆形光刻窗口，通过多个圆形光刻窗口扩散出多个P型区，形成多个PN结，在多个圆形光刻窗口处压上一个圆台形正电极，在N型圆硅芯片下部分别压上一个圆柱形负电极，在圆台形正电极和圆柱形负电极之间封装一个绝缘外壳，即形成多PN结瞬态抑制二极管。本发明还公开了一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管制作避雷器的使用方法。本发明解决了一般的瞬态抑制二极管击穿电流较小的问题，具有击穿电流较大，适合制作电力线路避雷器等优点。

Description

一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管及其使用方法
技术领域
本发明涉及二极管技术领域，特涉及一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管及其使用方法。
背景技术
目前，市面上现有的瞬态抑制二极管虽然都具有非线性电压特性，但击穿电流较小，也不方便在避雷器中将多个二极管并联或串联以提高装置的击穿电流或工作电压，不能满足电力线路避雷器大通流容量的需求，因而只适用于瞬态电压抑制和部分电路的过压保护，不能用于电力线路的过压保护和防雷避雷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管。本发明在N型圆硅芯片的上表面制作一个二氧化硅绝缘层，在二氧化硅绝缘层上制作多个圆形光刻窗口，通过多个圆形光刻窗口扩散出多个P型区，形成多个PN结，在多个圆形光刻窗口处压上一个圆台形正电极，在N型圆硅芯片下部分别压上一个圆柱形负电极，在圆台形正电极和圆台形负电极之间封装一个绝缘外壳，即形成多PN结瞬态抑制二极管。本发明解决了一般的瞬态抑制二极管击穿电流较小的问题，具有击穿电流较大，适合制作电力线路避雷器等优点。
本发明的技术方案是：一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，包括N型圆硅芯片、二氧化硅绝缘层、光刻窗口、P型区、PN结、圆台形正电极、圆柱形负电极、绝缘外壳、第二接触电极，其中N型圆硅芯片的上表面设置二氧化硅绝缘层，其特征在于：所述的光刻窗口还包括第一接触电极，第一接触电极下方设置P型区；所述的二氧化硅绝缘层内分布至少两个光刻窗口；光刻窗口下方依次设置P型区；P型区外部被PN结包围；PN结设置在N型圆硅芯片内部；在N型圆硅芯片的下表面镀有一层第二接触电极，第二接触电极与圆柱形负电极连接；所述的二氧化硅绝缘层和光刻窗口上方设置圆台形正电极；所述的圆台形正电极、圆柱形负电极分别覆盖在用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管正反面。
根据如上所述的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，其特征在于：所述的光刻窗口与P型区、PN结一一对应设置。
根据如上所述的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，其特征在于：所述的光刻窗口为圆形。
本发明还公开了一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管的使用方法，其特征在于：采用如上所述的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，将N片用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管堆叠，形成一个圆柱形芯体的多片的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管组，其中N大于等于2。
本发明还公开了一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管的使用方法，其特征在于：采用如上所述的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，将N片用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管压接在两片铜片之间，其中一片铜片压接正极，另一片压接负极，其中N大于等于2。
本发明的有益效果在于：一是不仅具有多个并联的PN结，能形成较大的击穿电流；二是设置了圆台形正电极和圆台形负电极，使其在组装避雷器时能方便的多片堆叠，提高工作电压，并减小接触电阻，不仅能满足一般电力线路避雷器大通流容量的需求，还能满足高压电力线路避雷器高电压、大通流容量的需求；三是可多个并联，提高工作电流；四是具有击穿电流较大，适合制作电力线路避雷器等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。
图1为本发明二极管的结构示意图；
图2为本发明二极管的俯视图；
图3为本发明二极管的仰视图；
图4为本发明光刻窗口的结构示意图。
附图标记说明：N型圆硅芯片1、二氧化硅绝缘层2、光刻窗口3、P型区4、PN结5、圆台形正电极6、圆台形负电极7、绝缘外壳8、第一接触电极9、第二接触电极10。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，包括N型圆硅芯片1、二氧化硅绝缘层2、光刻窗口3、P型区4、PN结5、圆台形正电极6、圆柱形负电极7、绝缘外壳8、第二接触电极10。如图4所示，光刻窗口3还包括第一接触电极9，第一接触电极9下方设置P型区4，其中N型圆硅芯片1的上表面设置二氧化硅绝缘层2，二氧化硅绝缘层2内分布多个圆形光刻窗口3。圆形光刻窗口3下方设置P型区4；P型区4外部被PN结5包围；PN结5设置在N型圆硅芯片1内部；在N型圆硅芯片1的下表面镀有一层第二接触电极10，第二接触电极10与圆柱形负电极7连接。
本发明的圆台形正电极6、圆柱形负电极7分别覆盖在用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管正反面，这样可以确保产品连接时覆盖面大，降低产品连接时的电阻，且在使用时，可以很方便的将多个多PN结瞬态抑制二极管并联或串联起来，以提高整个装置的击穿电流和工作电压；并且圆台形正电极6和圆柱形负电极7还可以增加本发明的散热性能，提高散热效果。
本发明的光刻窗口3、P型区4、PN结5至少为2个，且光刻窗口3与P型区4、PN结5一一对应设置，即光刻窗口3对应一个P型区4和一个PN结5，形成一个PN结。如图1中示意出了光刻窗口3、P型区4、PN结5都为3个的情况。本发明中，将多个PN结并联起来，能形成较大的击穿电流。如本发明中，单个PN结的击穿电流为1000A，则三个PN结并联后，击穿电流则可达3000A。
本发明的二氧化硅绝缘层2为保护层，在二氧化硅绝缘层2上用激光刻出去掉二氧化硅绝缘层的窗口，可以露出N硅芯片，用来从光刻窗口3掺入三价元素，形成P型区4。
本发明工作时，二极管需要承受的电流和电压非常大，故应降低内部器件的接触电阻。本发明在光刻窗口3下方露出的N硅芯片表面镀上一层第一接触电极9，使第一接触电极9与P型区4相连，以便使P型区4与圆台形正电极6具有良好的导电接触，在N型圆硅芯片1下表面镀上一层第二接触电极10，以便使N型圆硅芯片1与圆柱形负电极7具有良好的导电接触。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明的二氧化硅绝缘层2和光刻窗口3上方设置圆台形正电极6，在光刻窗口3本体的下部设置第一接触电极9， N型圆硅芯片1下方依次设置第二接触电极10和圆柱形负电极7，圆台形正电极6和圆柱形负电极7之间封装一个绝缘外壳8。采用圆台形正电极6和圆柱形负电极7，使其在组装避雷器时能方便的多片堆叠，形成圆柱形芯体，能提高工作电压，并减小接触电阻，不仅能满足一般电力线路避雷器大通流容量的需求，还能满足高压电力线路避雷器高电压、大通流容量的需求。同时，本发明也能将多片用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管并联放置，即将多个圆台形正电极6连接在一起形成正极，多个圆柱形负电极7连接在一起形成负极，进一步提高二极管整体的击穿电流，如采用本发明的二极管击穿电流可高达3000A（现有瞬态抑制二极管击穿电流为几十到几百A，本发明采用了超大PN结工艺），如将5个二极管压装在两片铜片之间，一片铜片压接正极，另一片压接负极，则整个二极管组的击穿电流可达15000A。且本发明的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管整体结构为圆柱体，多个并排在一起使用，圆柱体之间形成的缝隙可以提高并联使用后整个装置的散热性能。
本发明的超大PN结工艺：N型圆硅芯片1直径为10mm左右，圆形光刻窗口直径为2-3mm，可以形成超大PN结（约为现有瞬态抑制二极管的几到几十倍）。
本发明的圆形光刻窗口3也可以设置为其他形状，如方形，但设置为圆形更适合于工艺加工。但圆台形正电极6、圆柱形负电极7最好不设置为其他形状，因避雷器一般为圆柱形，设置为其他形状不方便制作避雷器。
本发明的工作过程是：当圆柱形负电极7与圆台形正电极6之间瞬态电压过大时，PN结5导通，电流从圆柱形负电极7经过第二接触电极10、N型圆硅芯片1 、PN结5、P型区4、光刻窗口3流向圆台形正电极6，由于中间P型区4、PN结5为多个，所以即使流入二极管的整体电流很大，但单个PN结的电流不大，解决了一般的瞬态抑制二极管击穿电流较小，不能满足电力线路避雷器大通流容量需求的问题。本发明具有击穿电流较大，适合制作电力线路避雷器等优点。

Claims (5)

1.一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，包括N型圆硅芯片（1）、二氧化硅绝缘层（2）、光刻窗口（3）、P型区（4）、PN结（5）、圆台形正电极（6）、圆台形负电极（7）、绝缘外壳（8）、第二接触电极（10），其中N型圆硅芯片（1）的上表面设置二氧化硅绝缘层（2），其特征在于：所述的光刻窗口（3）还包括第一接触电极（9），第一接触电极（9）下方设置P型区（4）；所述的二氧化硅绝缘层（2）内分布至少两个光刻窗口（3）；光刻窗口（3）下方依次设置P型区（4）；P型区（4）外部被PN结（5）包围；PN结（5）设置在N型圆硅芯片（1）内部；在N型圆硅芯片（1）的下表面镀有一层第二接触电极（10），第二接触电极（10）与圆柱形负电极（7）连接；所述的二氧化硅绝缘层（2）和光刻窗口（3）上方设置圆台形正电极（6）；所述的圆台形正电极（6）、圆柱形负电极（7）分别覆盖在用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管正反面。
2.根据权利要求1所述的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，其特征在于：所述的光刻窗口（3）与P型区（4）、PN结（5）一一对应设置。
3.根据权利要求1所述的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，其特征在于：所述的光刻窗口（3）为圆形。
4.一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管的使用方法，其特征在于：采用权利要求1、2或3所述的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，将N片用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管堆叠，形成一个圆柱形芯体的多片的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管组，其中N大于等于2。
5.一种用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管的使用方法，其特征在于：采用权利要求1、2或3所述的用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管，将N片用于避雷器的多PN结瞬态抑制二极管压接在两片铜片之间，其中一片铜片压接正极，另一片压接负极，其中N大于等于2。
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