大功率TVS器件热沉设计选型

石仙宏

中电振华永光电子有限公司（国营第八七三厂） 贵州贵阳 550018

本文介绍的是一个瞬态功率25KW的产品，该产品具有脉冲功率大、脉冲电流大、体积小等特点。

1 产品参数

特性型号PPR a TA=25℃kW PR b TA=25℃W IP tp=1ms，tr=10μs A IZM mA IFSM A Tstg℃Tjm℃25KPXX 25 10 430 275 600 -65～150 150

2 研制难点分析

通过对产品主要技术指标的分析和研究，该产品研制的最大难点是峰值脉冲功率，为达到25KW峰值脉冲功率引起的连锁反应。产品峰值脉冲功率PPR：25kW；最大峰值脉冲电流IP：430A；浪涌电流IFSM：600A，正向VF≤1.8V（IF=1A）；其中最困难的是为达到峰值脉冲功率，则芯片面积需要增大，最常用的方式是增加芯片数量，用叠片方式，但受限于本产品的正向VF≤1.8V（IF=1A），芯片数量为2只。据资料显示，国际上如此大功率产品都使用4-5只芯片叠加，使用铜片作为热沉。但铜与硅的热膨胀系数相差很大。

2.1 瞬态峰值脉冲功率理论分析

瞬态电压抑制二极管的特点是在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电路中的精密元器件免受损坏。根据器件的特点，在设计的时候必须考虑瞬时大能量的吸收问题。

当器件吸收瞬时高能脉冲时，将导致器件结温升高，PN结上产生的热量大部分先流入芯片，然后流入焊料和管座，最后流入周围环境。大家都知道，当结温超过器件所允许的最高结温，会造成器件失效，而结温升高的程度取决于PN结吸收的能量转化为热量后，向PN结周围传导的速度和PN结及其电极材料的吸热能力。……