低結電容雙向TVS二極管陣列設計研究

李大強

摘 要：根據目前國內外的發展形式，器件的小形化、輕薄化是發展的必然趨勢。元器件生產廠家不斷將其封裝體積最大化的壓縮，盡可能做到最小，或者將多個器件組裝在一個封裝體內實現集成化、模塊化，本文以脈沖功率為1500W雙向低結電容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行電原理設計及封裝方法。

關鍵詞：雙向；低結電容；陣列；SMD-1；電原理設計；封裝方法

引言

TVS二極管主要用于電子線路中保護精密元器件免受損壞，其工作原理是在規定的反向應用條件下，當承受高能量的瞬時過壓脈沖時，器件工作阻抗能立即降至很低的導通值，允許大電流通過，并將電壓鉗制到預定水平，具有過載能力強、響應快等特點被廣泛應用的電子電路中。但常規的TVS二極管的結電容達幾千皮法，在器件未工作時，將等效為一個幾千皮法的電容，并聯在信號傳輸線上將導致高頻信號在容性負載下的失真，嚴重時將導致傳輸線上的高頻信號完全湮沒而出現系統故障，因此，用在高頻信號線路的TVS二極管應是一種結電容較低的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，壓縮單個器件的體積難度較大，還有削弱保護電路的性能，為此，我們將單個二極管通過串聯、并聯的方式集成在一個封裝體里，大大的提升電路版的空間利用率。

一、理論計算分析

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

二、電原理設計

針對1500W雙向低結電容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，該封裝結構共三個引腳，為了實現雙向雙路的陣列，電原理設計如圖2所示，引腳1和引腳2獨立工作，器件共用引腳3，共8顆芯片按串聯、并聯的方式組裝而成。

三、結構設計

根據電原理設計實現低電容的方式為通過一個低電容（50pF以下）的二極管芯片（尺寸為1.6㎜×1.6㎜）與一個正常的TVS管（尺寸為2.8㎜×2.8㎜）串聯，假設TVS管的電容為C1，整流管電容為C2，則電容C的計算方式如下： ，本器件采用SMD-1外形封裝，內部組裝如

圖3所示，A1區-B1區和A2區-B2區為相反方向的低電容TVS組件，通過底座共極、硅鋁絲連接的方式形成并聯回路，實現雙向保護的作用。器件的縱向裝配方式如圖3-2、圖3-3所示，根據芯片極性方式，A區為P-N-P結構，B區為N-P-N結構，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。

結束語

通過理論計算分析，采用SMD-1陶瓷貼片封裝，經過合理的組裝布局，器件除了滿足雙向四通道1500W瞬態電壓抑制二極管的所有參數要求外，電容可低至50pF以下。以此為基礎可進行更低電容、更多通道方向推廣，以實現高度集成化目的。