CN102214642B - 组合式大功率半导体芯片 - Google Patents
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Abstract
组合式大功率半导体芯片，属电力电子半导体器件技术领域。包括包装体、芯片、钼片和铜片，包装体为内、外异型环形圈，外异型环形圈(102)的上部内壁设有内凸的卡环，底部设有内凸的限位块；内异型环形圈(107)的外缘上设有与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合的凹槽，其上端设有内凸的限位块；外异型环形圈内设置有下铜片(101)、下钼片(103)、芯片(104)、内异型环形圈，内异型环形圈内设置有上钼片(105)和上铜片(106)。实现了依赖外夹紧装置的压力将芯片、钼片、铜片压结在一起，达到产品合格率高、热应力小、提高了热循环次数、成本低和装配方便、快捷的目的。
Description
技术领域：
本发明涉及一种组合式大功率半导体芯片，属电力电子半导体芯片技术领域。
背景技术：
电力电子半导体芯片是指电力电子器件领域的整流二极管、快速整流二极管、晶闸管和快速晶闸管等半导体器件。小功率芯片阳极、阴极，多数以软焊料和钼片焊接在一起，形成管芯。而大功率200A以上的芯片均采用钼片、硅片焊接在一起，一般钼片焊在半导体芯片阳极一侧，温度在600～800℃之间，通常以高纯铝箔片作焊料，或者不经焊接而直接把芯片放在两个钼片之间，依赖外夹紧装置的压力将芯片、钼片压合在一起。
但以上两种方式均存在缺点：
焊接式热应力大，热循环过程中因热疲劳而导致器件寿命短，电参数难以达到最佳优化设计，所用钼片一般在2mm以上，成本较高。
直接压合式虽避免了热应力大这个缺点，但在装配过程中结构复杂，钼片、硅片定位难，目前很少采用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现免焊接、产品合格率高、成本低和装配方便、快捷的组合式大功率半导体芯片。
其技术方案是：一种组合式大功率半导体芯片，包括包装体、芯片、钼片和铜片，其特征在于：所述包装体为内、外异型环形圈，外异型环形圈的上部内壁设有内凸的卡环，底部设有内凸的限位块；内异型环形圈的外缘上设有与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合的凹槽，其上端设有内凸的限位块；外异型环形圈内自下而上依次设有下铜片、下钼片、芯片和内异型环形圈，下铜片的下端设有与外异型环形圈底部的限位块匹配结合的凹槽，且下铜片的底端凸出于外异型环形圈的底端；内异型环形圈内自下而上设有上钼片和上铜片，上铜片的上端设有与内异型环形圈上端设置的限位块匹配结合的凹槽，且上铜片的顶端凸出于内异型环形圈的顶端。
其技术效果是：由于采用异型环形圈对大功率半导体芯片、钼片、铜片实行组合定位结构，通过依赖外夹紧装置的方式，将芯片、钼片、铜片压合在一起，既保护了易碎的芯片免受外力的撞击，又消除了因焊接引起芯片变形造成的热应力，铜片与钼片之间的热膨胀系数差异则由受压面可以滑动而得到补偿，实现了芯片、钼片免焊接和降低热应力的目的；同时，外异型环形圈的底部设有内凸的限位块，内异型环形圈的上端设有内凸的限位块，且内异型环形圈的外缘上设有与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合的凹槽，使得芯片和上下钼片及上下铜片能够准确定位，解决了传统免焊接压结式定位难及成本高的问题，达到了装配方便、快捷，效率高，提高了热疲劳次数和使用寿命，优化了芯片的电参数。另外，由于省去真空焊接工序，采用薄钼片代替价格昂贵的厚钼片，可节省钼材料近百分之七十五，从而既降低了生产成本，也提高了合格率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的又一种结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种组合式大功率半导体芯片，包括包装体、芯片、钼片和铜片。包装体为内、外异型环形圈，外异型环形圈102的上部内壁设有内凸的卡环，底部至少设有两块以上内凸的限位块，外异型环形圈的上部平面与内壁相交处设有倒角。内异型环形圈107的外缘上设有与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合的凹槽，其上端至少设有两个以上内凸的限位块，内异型环形圈的外壁与下端平面相交处设有倒角。内、外异型环形圈均采用PPS绝缘塑料制成。外异型环形圈内自下而上依次设置下铜片101、下钼片103、芯片104和内异型环形圈。下铜片的下端至少设有两个以上与外异型环形圈底部的限位块匹配结合的凹槽，且下铜片的底端凸出于外异型环形圈的底端。内异型环形圈内自下而上设有上钼片105和上铜片106。上铜片的上端至少设有两个以上与内异型环形圈上端设置的限位块匹配结合的凹槽，且上铜片的顶端凸出于内异型环形圈的顶端。下铜片、下钼片和芯片由内异型环形圈通过其外缘上的凹槽与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合被限位在外异型环形圈内，达到横向与垂直定位的目的。上钼片和上铜片则由内异型环形圈上端设置的限位块被限位在内异型环形圈内，达到横向与垂直定位的目的。
上述芯片结终端为P型隔离墙台面挖槽或平面工艺结构。
上述上钼片105的面积小于下钼片103的面积，上、下钼片均采用0.3～0.5mm厚度的双薄钼片。上、下钼片和芯片104的外表面上镀有铝金属膜。
上述上铜片106的面积小于下铜片101的面积，上、下铜片的外表面上镀有银金属膜。
大功率半导体芯片如果是晶闸管或快速晶闸管等具有控制门极的半导体器件时，可在上钼片105和上铜片106平面的位置处垂直开设有与芯片104门极图案相对应的通孔；大功率半导体芯片如果是整流二极管或快速整流二极管等整流芯片及无需控制信号的，则上钼片和上铜片的平面可免开通孔。
如图2所示，一种组合式大功率半导体芯片，包括包装体、芯片、钼片和铜片。包装体为内、外异型环形圈，外异型环形圈102的上部内壁设有内凸的卡环，外异型环形圈的上部平面与内壁相交处设有倒角，底部至少设有两块以上内凸的限位块。内异型环形圈107的外缘上设有与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合的凹槽，其上端至少设有两个以上内凸的限位块，内异型环形圈的外壁与下端平面相交处设有倒角。内、外异型环形圈均采用PPS绝缘塑料制成。外异型环形圈内自下而上依次设置下铜片101、定位环108和设置在定位环内的下钼片103、芯片104、内异型环形圈，下铜片的下端至少设有两个以上与外异型环形圈底部的限位块匹配结合的凹槽，且下铜片的底端凸出于外异型环形圈的底端。内异型环形圈内自下而上设有上钼片105和上铜片106，上铜片的上端至少设有两个以上与内异型环形圈上端设置的限位块匹配结合的凹槽，且上铜片的顶端凸出于内异型环形圈的顶端。下铜片、定位环和设置在定位环内的下钼片及芯片，由内异型环形圈通过其外缘上的凹槽与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合被限位在外异型环形圈内，达到横向与垂直定位的目的。上钼片和上铜片则由内异型环形圈上端设置的卡环限位在内异型环形圈内，达到横向与垂直定位的目的。
上述芯片结终端为双负角台面结构。
上述下钼片103和上钼片105的面积同等。
上述外异型环形圈和内异型环形圈的外形可以为圆形、方形或六边形等；芯片的形状也对应的为圆形、方形或六边形等；钼片、铜片的形状也对应的为圆形、方形和六边形等。
Claims (10)
1.一种组合式大功率半导体芯片，包括包装体、芯片、钼片和铜片，其特征在于：所述包装体为内、外异型环形圈，外异型环形圈(102)的上部内壁设有内凸的卡环，底部设有限位块；内异型环形圈(107)的外缘上设有与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合的凹槽，其上端设有内凸的限位块；外异型环形圈内自下而上依次设置下铜片(101)、下钼片(103)、芯片(104)和内异型环形圈，下铜片的下端设有与外异型环形圈底部的限位块匹配结合的凹槽，且下铜片的底端凸出于外异型环形圈的底端；内异型环形圈内自下而上设有上钼片(105)和上铜片(106)，上铜片的上端设有与内异型环形圈上端设置的限位块匹配结合的凹槽，且上铜片的顶端凸出于内异型环形圈的顶端。
2.根据权利要求1所述的组合式大功率半导体芯片，其特征在于：所述外异型环形圈(102)的上部平面与内壁相交处设有倒角。
3.根据权利要求1所述的组合式大功率半导体芯片，其特征在于：所述内异型环形圈(107)的外壁与下端平面相交处设有倒角。
4.根据权利要求1所述的组合式大功率半导体芯片，其特征在于：所述芯片结终端为P型隔离墙台面挖槽或平面工艺结构。
5.根据权利要求1所述的组合式大功率半导体芯片，其特征在于：所述下铜片(101)、上铜片(106)的外表面上均镀有银金属膜，上钼片(105)、下钼片(103)、芯片(104)的外表面上均镀有铝金属膜。
6.根据权利要求1所述根据权利要求1所述的组合式大功率半导体芯片，其特征在于：所述上钼片(105)的面积小于下钼片(103)的面积；上铜片(106)的面积小于下铜片(101)的面积。
7.根据权利要求1所述的组合式大功率半导体芯片，其特征在于：所述上钼片(105)和上铜片(106)平面位置处垂直开设有与硅片(104)控制门极图案相对应的通孔。
8.一种组合式大功率半导体芯片，包括包装体、芯片、钼片和铜片，其特征在于：所述包装体为内、外异型环形圈，外异型环形圈(102)的上部内壁设有内凸的卡环，底部设有限位块；内异型环形圈(107)的外缘上设有与外异型环形圈内壁上的卡环匹配结合的凹槽，其上端设有内凸限位块；外异型环形圈内自下而上依次设置下铜片(101)、定位环(108)和设置在定位环内的下钼片(103)、芯片(104)、内异型环形圈，下铜片的下端设有与外异型环形圈底部的限位块匹配结合的凹槽，且下铜片的底端凸出于外异型环形圈的底端；内异型环形圈内自下而上设有上钼片(105)和上铜片(106)，上铜片的上端设有与内异型环形圈上端设置的限位块匹配结合的凹槽，且上铜片的顶端凸出于内异型环形圈的顶端。
9.根据权利要求8所述的组合式大功率半导体芯片，其特征在于：所述芯片(104)结终端为双负角台面芯片。
10.根据权利要求8所述的组合式大功率半导体芯片，其特征在于：所述下钼片(103)和上钼片(105)的面积同等。
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