单向低电容浪涌保护器件制造技术

本发明专利技术涉及单向低电容浪涌保护器件，包括第一PIN管和第二PIN管，第一TVS管和第二TVS管和GTO管，中，其第一PIN管的阳极作为第一引出端S1；第一PIN管的阴极与第二PIN管的阳极相连，且与GTO管的阳极相连；第二PIN管的阴极与第一TVS管和第二TVS管的阴极相连；第二TVS管的阳极与GTO管的门极相连；GTO管的阴极与第一TVS管的阳极相连，作为第二引出端S2。优点是：利用PIN管的低电容特性和GTO的大电流泄放能力实现了单向低电容浪涌保护器，采用两级保护，克服传统多级保护不能满足高速数据低电容、低残压的要求，依据接入的TVS管实现了转折电压控制和残压下限控制，通过调节TVS管的击穿电压可以有效控制器件的转折电压和转折后的残压。

Unidirectional low capacitance surge protection device

The invention relates to a unidirectional low capacitance surge protection devices, including the first second PIN tube and PIN tube, TVS tube and the first second TVS tube and GTO tube, PIN tube, the first anode as the first terminal S1; cathode of the first PIN tube is connected with the anode of the second PIN tube, and is connected with the GTO tube Yang; cathode second PIN tube is connected with the cathode tube and TVS tube of the first second TVS; second TVS tube and GTO tube anode gate is connected; cathode GTO tube is connected with the anode of the first TVS tube, as the second terminal S2. The advantages are: high current with low capacitance characteristic of GTO and PIN tube discharge capacity to achieve a one-way low capacitance surge protector, using two levels of protection, to overcome the traditional multi-level protection can not meet the high-speed data of low capacity, low residual pressure requirements, according to the TVS access tube realizes turning voltage control and residual voltage limit through adjusting control, residual voltage breakdown voltage of TVS can effectively control the turning and turning device voltage after.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件领域，具体涉及半导体过压保护器件的领域，为一种新型 的单向低电容浪涌保护器件。
技术介绍
随着通讯领域逐渐采用新的接口标准，如VDSL+、USB3. 0等，传输速度的提高将进 一步对保护器件的电容提出新的要求，在保证高浪涌能力的同时，降低器件电容成为共同 趋势。在过去的几十年中，以硅为主要加工材料的微电子制造工艺从开始的几个微米技 术到现在的45nm，集成电路芯片集成度越来越高，成本越来越低。随着芯片尺寸的缩小，电 路所能承受的过压能力也逐渐降低，系统对外部的电压波动将更加敏感，这就要求电路在 进行浪涌/ESD保护时，要求保护器件的残压控制在很低水平。尽管Thyristor、GDT、M0V、瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor, TVS)作为一种有效的浪涌/ESD保护器件已经被广泛应用在各个电路保护领域，但是由于 不能在浪涌、电容、残压等方面具有完全的优势，使得保护方案中往往采用折中方法进行设 计。这样就使得保护效果大打折扣。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于为被保护系统提供一种低电容浪涌保护器，该器 件可消除浪涌、ESD等瞬态电压事件对被保护系统的损坏，不仅具有低电容、低钳位、大浪涌 能力、单向保护等特点，而且钳位电压范围可根据应用需要进行调整。本专利技术所要解决的技术问题所采取的技术方案是一种低电容浪涌保护器件，为 由PIN管、TVS管和门极可关断晶闸管构 成的两端元件，所述的PIN管包括第一 PIN管和第二 PIN管，TVS管包括第一 TVS管和第二 TVS管，其中，第一 PIN管的阳极作为第一引出端Sl ；第一 PIN管Dl的阴极与第二 PIN管的阳极相连，且与GTO管的阳极相连；第二 PIN管的阴极与第一 TVS管和第二 TVS管的阴极相连；第二 TVS管的阳极与GTO管的门极相连；GTO管的阴极与第一 TVS管的阳极相连，作为第二引出端S2。所述的单向低电容浪涌保护器在正常情况下均处于断开状态，即呈现高阻状态。当从引出端Sl流入的正向浪涌电压超过器件的保护电压时，第一 TVS管发生击 穿，浪涌电流沿着第一 PIN管、第二 PIN管、第一 TVS管这个方向进行泄放，随着浪涌电流的 增大，在第一 TVS管的阴极上的电压降开始增大。当第一 TVS管阴极上的电压超过了第二 TVS管的击穿电压时，第二 TVS管反向导 通，在GTO管的门极有电流流入，此时由GTO管开启。随着GTO管门极电流的增大，GTO管进入大电流、低压降状态。此时由于落在第二 PIN管和第一 TVS管上的压降降低，第一 TVS 反向截止，整个器件表现为低压降、大电流状态。之后随着浪涌电流的进一步增大，GTO管上的压降也跟着增大，当GTO管阳极上的 压降增大到超过第一 TVS管的击穿电压与第二 PIN 二极管正向压降之和时，第一 TVS管再 一次导通，由于第一 TVS管的分流，器件残压再一次被降低。浪涌泄放结束后，保护器件停 止工作，恢复至高阻状态。低电容浪涌保护器是一种新型的新浪涌保护技术，与传统的浪涌保护器件相比， 不仅具有低电容、低钳位、大浪涌能力的特点，而且钳位电压范围可根据应用需要进行调 整，能够很好的应用于通讯线路保护。在上述方案的基础上，作为本专利技术的一个改进，所述的浪涌保护器件为单向转折 电压和残压下限可控的低电容浪涌保护器结构，所述的TVS管还包括第三TVS管，GTO管的 阴极与第三TVS管的阴极相连，第三TVS管的阳极与第一 TVS管的阳极相连，作为第二引出 端S2。在单向低电容浪涌保护器电路之GTO管的阴极与S2端之间串联一个第三TVS管， 这样根据保护需要可以设定第三TVS管的击穿电压，使得器件下限钳位电压不至于太低， 形成残压下限可控的单向低电容浪涌保护器，可满足被保护系统浪涌泄放器件系统不中断 工作的要求。在上述方案的基础上，所述的PIN管为低结电容PIN 二极管。在上述方案的基础上，第二 TVS管为普通的耐高压二极管，用于控制器件的转折 电压。所述的第二 TVS管的击穿电压可以根据需要设定，此电压可用于规定器件进入大 电流、低压状态的的转折电压。在上述方案的基础上，第三TVS管为普通TVS 二极管，用于控制器件的转折电压及 钳位下限电压。在上述方案的基础上，所述的GTO管由PNP三极管和NPN三级管构成，其中， PNP三极管的发射极引出作为GTO管的阳极；PNP三极管的基极与NPN三极管的集电极相连，PNP三极管的集电极与NPN三极管的基 极相连，作为GTO管的门极引出；NPN三极管的发射极引出作为GTO管的阴极。GTO管具有大电流泄放能力，并且通态饱和压降很低。本专利技术的有益效果是本专利技术是一种新型的低电容、低残压浪涌保护器件，利用PIN管的低电容特性和GTO的 大电流泄放能力实现了单向低电容浪涌保护，在保护方式上采用了两级保护，但又不同于 传统的两级保护，克服了传统多级保护不能满足高速数据低电容、低残压的要求；本专利技术依据接入的TVS管实现了转折电压控制和残压下限控制，通过调节TVS管的击 穿电压可以有效控制器件的转折电压和转折后的残压。附图说明图1为本专利技术实施例1单向低电容浪涌保护器的电路结构图。图2为图1中GTO管由PNP管和NPN管代替的电路结构图。图3为本专利技术实施例1单向低电容浪涌保护器IV特性图。图4为本专利技术实施例2的电路结构图。图5为本专利技术实施例2的IV特性图。附图中标号说明Dl —第一 PIN 管； D2—第二 PIN 管；Tl —第一 TVS 管； T2 —第二 TVS 管； T3 —第三 TVS 管； Gl 一 GTO管；Ql—PNP三极管； Q2 — NPN三极管。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步阐述。实施例1请参阅图1为本专利技术实施例1单向低电容浪涌保护器的电路结构图和图2为图1中 GTO管由PNP管和NPN管代替的电路结构图所示，一种单向低电容浪涌保护器件，为由第一 PIN管D1、第二 PIN管D2、第一 TVS管Tl、第二 TVS管T2和GTO管Gl构成的两端元件，其 中，第一 PIN管Dl的阳极作为第一引出端Sl ；第一 PIN管Dl的阴极与第二 PIN管D2的阳极相连，且与GTO管Gl的阳极相连； 第二 PIN管D2的阴极与第一 TVS管Tl的阴极相连，且与第二 TVS管T2的阴极相连； 第二 TVS管T2的阳极与GTO管Gl的门极相连； GTO管Gl的阴极与第一 TVS管Tl的阳极相连，作为第二引出端S2。其中，所述的第一 PIN管Dl和第二 PIN管D2均为低结电容二极管。所述的第二 TVS管T2为普通的耐高压二极管。所述的第二 TVS管T2的击穿电压可以根据需要设定，此电压可用于规定器件进入 大电流、低压状态的的转折电压。所述的GTO管Gl由PNP三极管Ql和NPN三级管Q2构成，其中， PNP三极管Ql的发射极引出作为GTO管Gl的阳极；PNP三极管Ql的基极与NPN三极管Q2的集电极相连，PNP三极管Ql的集电极与NPN 三极管Q2的基极相连，作为GTO管Gl的门极引出； NPN三极管Q2的发射极引出作为GTO管Gl的阴极。所述的GTO管具有大电流泄放能力，并且通态饱和压降很低。请本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种单向低电容浪涌保护器件，由ＰＩＮ管、ＴＶＳ管和ＧＴＯ管构成的两端元件，其特征在于：所述的ＰＩＮ管包括第一ＰＩＮ管（Ｄ１）和第二ＰＩＮ管（Ｄ２），ＴＶＳ管包括第一ＴＶＳ管（Ｔ１）和第二ＴＶＳ管（Ｔ２），其中，第一ＰＩＮ管（Ｄ１）的阳极作为第一引出端（Ｓ１）；第一ＰＩＮ管（Ｄ１）的阴极与第二ＰＩＮ管（Ｄ２）的阳极相连，且与ＧＴＯ管（Ｇ１）的阳极相连；第二ＰＩＮ管（Ｄ２）的阴极与第一ＴＶＳ管（Ｔ１）和第二ＴＶＳ管（Ｔ２）的阴极相连；第二ＴＶＳ管（Ｔ２）的阳极与ＧＴＯ管（Ｇ１）的门极相连；ＧＴＯ管（Ｇ１）的阴极与第一ＴＶＳ管（Ｔ１）的阳极相连，作为第二引出端（Ｓ２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张关保，苏海伟，王永录，叶力，吴兴农，
申请(专利权)人：上海长园维安微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31