低結(jié)電容雙向TVS二極管陣列設(shè)計(jì)研究

李大強(qiáng)

摘 要：根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展形式，器件的小形化、輕薄化是發(fā)展的必然趨勢(shì)。元器件生產(chǎn)廠家不斷將其封裝體積最大化的壓縮，盡可能做到最小，或者將多個(gè)器件組裝在一個(gè)封裝體內(nèi)實(shí)現(xiàn)集成化、模塊化，本文以脈沖功率為1500W雙向低結(jié)電容TVS二極管陣列為例，研究如何利用SMD-1陶瓷貼片封裝的空間進(jìn)行電原理設(shè)計(jì)及封裝方法。

關(guān)鍵詞：雙向；低結(jié)電容；陣列；SMD-1；電原理設(shè)計(jì)；封裝方法

引言

TVS二極管主要用于電子線路中保護(hù)精密元器件免受損壞，其工作原理是在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受高能量的瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，器件工作阻抗能立即降至很低的導(dǎo)通值，允許大電流通過(guò)，并將電壓鉗制到預(yù)定水平，具有過(guò)載能力強(qiáng)、響應(yīng)快等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用的電子電路中。但常規(guī)的TVS二極管的結(jié)電容達(dá)幾千皮法，在器件未工作時(shí)，將等效為一個(gè)幾千皮法的電容，并聯(lián)在信號(hào)傳輸線上將導(dǎo)致高頻信號(hào)在容性負(fù)載下的失真，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致傳輸線上的高頻信號(hào)完全湮沒(méi)而出現(xiàn)系統(tǒng)故障，因此，用在高頻信號(hào)線路的TVS二極管應(yīng)是一種結(jié)電容較低的TVS二極管。

TVS二極管在電子線路中的用量非常大，少則幾支，多則幾十上百支，這么多的二極管散裝在電路版上將占據(jù)很大的空間，但又不能不用，怎么辦呢？由于TVS二極管的固有功能決定了它的芯片面積較大，壓縮單個(gè)器件的體積難度較大，還有削弱保護(hù)電路的性能，為此，我們將單個(gè)二極管通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)的方式集成在一個(gè)封裝體里，大大的提升電路版的空間利用率。

一、理論計(jì)算分析

TVS二極管在工作中近似電容器，根據(jù)電容串聯(lián)后總電容與各電容之間的關(guān)系1/C=1/C1+1/C2+……+1/Cn，從公式可看出，多個(gè)電容器串聯(lián)后的總電容比任意一個(gè)電容器的電容值小，所以為了降低TVS二極管的電容值，我們選擇結(jié)電容較低的二極管芯片與TVS二極管芯片串聯(lián)的方式裝配在一個(gè)封裝體內(nèi)。

二、電原理設(shè)計(jì)

針對(duì)1500W雙向低結(jié)電容TVS二極管陣列，我們選擇SMD-1型陶瓷貼片封裝外形，如圖1所示，該封裝結(jié)構(gòu)共三個(gè)引腳，為了實(shí)現(xiàn)雙向雙路的陣列，電原理設(shè)計(jì)如圖2所示，引腳1和引腳2獨(dú)立工作，器件共用引腳3，共8顆芯片按串聯(lián)、并聯(lián)的方式組裝而成。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)電原理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低電容的方式為通過(guò)一個(gè)低電容（50pF以下）的二極管芯片（尺寸為1.6㎜×1.6㎜）與一個(gè)正常的TVS管（尺寸為2.8㎜×2.8㎜）串聯(lián)，假設(shè)TVS管的電容為C1，整流管電容為C2，則電容C的計(jì)算方式如下： ，本器件采用SMD-1外形封裝，內(nèi)部組裝如

圖3所示，A1區(qū)-B1區(qū)和A2區(qū)-B2區(qū)為相反方向的低電容TVS組件，通過(guò)底座共極、硅鋁絲連接的方式形成并聯(lián)回路，實(shí)現(xiàn)雙向保護(hù)的作用。器件的縱向裝配方式如圖3-2、圖3-3所示，根據(jù)芯片極性方式，A區(qū)為P-N-P結(jié)構(gòu)，B區(qū)為N-P-N結(jié)構(gòu)，芯片、及銅片之間用鉛錫銀焊料在高溫下熔融焊接，形成良好的歐姆接觸，使大功率得到保證。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)理論計(jì)算分析，采用SMD-1陶瓷貼片封裝，經(jīng)過(guò)合理的組裝布局，器件除了滿足雙向四通道1500W瞬態(tài)電壓抑制二極管的所有參數(shù)要求外，電容可低至50pF以下。以此為基礎(chǔ)可進(jìn)行更低電容、更多通道方向推廣，以實(shí)現(xiàn)高度集成化目的。