CN116936481A - 一种适用于250°c碳化硅基旋转整流二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，采用陶瓷金属封装结构，包括管座组件、管帽组件、芯片和键合丝，管帽组件、管座组件自上而下顺序组合在一起，所述芯片烧结在管座组件上，所述管座组件和管帽组件之间设有铜带，所述铜带通过点焊焊接在管帽组件上，芯片与铜带通过键合丝进行键合。本发明属于整流二极管技术领域，具体是提供了一种体积小巧、能够满足高温工况下的散热要求，可以满足通过大电流、耐受高压的需求，并且能够耐受1000A的浪涌电流的适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管。
Description
技术领域
本发明属于整流二极管技术领域，具体是指一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管。
背景技术
传统硅基电力电子器件，由于本身结构和材料的限制，在高温、高频等方面的局限性越来越明显，硅基电力电子器件最高结温只能达到200℃，无法满足更高温度的要求。近年来，碳化硅材料因其出色的物理及电特性，越来越受到产业界广泛关注，是研究较为成熟的宽禁带半导体材料之一。
碳化硅芯片的工作结温较高，普通碳化硅芯片的工作结温大多为150℃，目前的碳化硅整流二极管无法耐受250℃的高温，无法在高速旋转中保持良好的性能，并且体积较大，无法耐受较大的浪涌电流。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种体积小巧、能够满足高温工况下的散热要求，可以满足通过大电流、耐受高压的需求，并且能够耐受1000A的浪涌电流的适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管。
本发明采取的技术方案如下：本发明提供的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，采用陶瓷金属封装结构，包括管座组件、管帽组件、芯片和键合丝，管帽组件、管座组件自上而下顺序组合在一起，所述芯片烧结在管座组件上，所述管座组件和管帽组件之间设有铜带，所述铜带通过点焊焊接在管帽组件上，芯片与铜带通过键合丝进行键合。
进一步地，所述管座组件包括管座、钼片和脉冲环，所述管座下部为螺栓结构，管座上部具有管座内腔，管座内腔底壁设有凹槽，钼片设于凹槽内，所述钼片上焊接设有绝缘片，所述铜带焊接设于绝缘片上，所述脉冲环同轴设于管座上壁。
进一步地，所述管帽组件包括柯伐壳、陶瓷环和引线管，所述陶瓷环设于柯伐壳上壁，柯伐壳底部设有管帽内腔，所述引线管贯穿设于陶瓷环中部，陶瓷环将引线管与管座进行绝缘。
其中，所述铜带采用折弯设置，优选地，所述铜带呈S形设置。
优选地，所述铜带采用无氧铜。
优选地，所述绝缘片采用掺杂改性95％AL2O3。
进一步地，所述管座采用紫铜；脉冲圈采用铁钴镍合金材料。
进一步地，所述芯片通过铅铟银焊料烧结在管座底部。
优选地，每颗芯片通过两根键合丝键合到铜带之上。
进一步地，所述引线管为正极，所述管座为负极。
优选地，所述柯伐壳采用铁钴镍合金材料；陶瓷环采用掺杂改性94％AL2O3；引线管采用4j29合金材料。
优选地，所述柯伐壳表面镀镍厚度为2.54-11.4μm。
一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管的封装方法，包括如下步骤：
1)烧结：通过铅铟银焊料将两颗芯片烧结在管座底部；
2)键合：每颗芯片键合两根键合丝，键合到铜带之上；
3)储能点焊：将管座上的铜带点焊到管帽的引线管上；
4)封帽；将铜带弯折，通过大功率封帽机进行封帽。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：
1、本发明提供的碳化硅基旋转整流二极管采用陶瓷金属封装，通过焊接、键合的方式将各组件连接，在管壳内并联两片芯片，通过键合工艺将芯片与引线连接，形成并联结构，且能够满足高温工况下的散热要求。
2、碳化硅芯片的工作结温较高，普通碳化硅芯片的工作结温大多为150℃，本发明提供的碳化硅芯片，经过设计工作结温高达250℃，满足了特殊工况的需求，且可以满足通过大电流、耐受高压的需求，可以耐受1200V电压、60A的大电流以及1000A的浪涌电流。
3、管壳经过设计，底部为M6螺纹，上部引线管为M3内螺纹，满足特殊安装需求，并且体积较小，可以节约安装空间。
附图说明
图1为本发明提供的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管的剖视图；
图2为本发明提供的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管的横截面示意图；
图3为本发明提供的管座组件的剖视图；
图4为本发明提供的管座组件的俯视图；
图5为本发明提供的管帽组件的剖视图；
图6为本发明提供的管帽组件的俯视图。
其中，1、管座组件，2、管帽组件，3、芯片，4、键合丝，5、管座，6、钼片，7、脉冲环，8、管座内腔，9、绝缘片，10、柯伐壳，11、陶瓷环，12、引线管，13、管帽内腔，14、铜带。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-图2所示，本发明提供的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，采用陶瓷金属封装结构，包括管座组件1、管帽组件2、芯片3和键合丝4，管帽组件2、管座组件1自上而下顺序组合在一起，所述芯片3通过铅铟银焊料烧结在管座组件1底部，所述管座组件1和管帽组件2之间设有铜带14，所述铜带14通过点焊焊接在管帽组件2上，芯片3与铜带14通过键合丝4进行键合。
参阅图3和图4，所述管座组件1包括管座5、钼片6和脉冲环7，所述管座5下部为螺栓结构，管座5上部具有管座内腔8，管座内腔8底壁设有凹槽，钼片6设于凹槽内，所述钼片6上焊接设有绝缘片9，所述绝缘片9采用掺杂改性95％AL2O3，所述管座5采用紫铜；脉冲圈采用铁钴镍合金材料，所述铜带14焊接设于绝缘片9上，所述脉冲环7同轴设于管座5上壁。
参阅图5和图6，所述管帽组件2包括柯伐壳10、陶瓷环11和引线管12，所述陶瓷环11设于柯伐壳10上壁，柯伐壳10底部设有管帽内腔13，所述引线管12贯穿设于陶瓷环11中部，陶瓷环11将引线管12与管座5进行绝缘；所述引线管12为正极，所述管座5为负极。
如图1所示，所述铜带14采用折弯设置，所述铜带14呈S形设置。
优选地，所述铜带14采用无氧铜。
在一些实施例中，每颗芯片3通过两根键合丝4键合到铜带14之上。
所述柯伐壳10采用铁钴镍合金材料；陶瓷环11采用掺杂改性94％AL2O3；引线管12采用4j29合金材料；柯伐壳10表面镀镍厚度为2.54-11.4μm。
一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管的封装方法，包括如下步骤：
1)烧结：通过铅铟银焊料将两颗芯片3烧结在管座5底部；
2)键合：每颗芯片3键合两根键合丝4，键合到铜带14之上；
3)储能点焊：将管座5上的铜带14点焊到管帽组件2的引线管12上；
4)封帽；将铜带14弯折，通过大功率封帽机进行封帽。
SiC基旋转整流二极管具备单相导电性，根据旋转整流二极管需求，SiC基旋转整流二极管需具备大电流(IF(AV)＝60A)、高结温(Tjm＝250℃)、高强度(an＝20000g)的特点。
整流二极管设计指标额定值应符合表1的规定。
表1整流二极管设计指标额定值
| 项目 | 额定值 | 单位 |
| 正向平均电流IF(AV) | 60 | A |
| 反向重复峰值电压VRRM | 1000 | V |
| 反向不重复峰值电压VRSM | 1200 | V |
| 工作结温Tjm | 250 | ℃ |
| 贮存温度Tstg | -55℃～250℃ | ℃ |
| 离心加速度an | 6000×9.8 | m/s2 |
整流二极管管壳设计指标特征值如表2所示。
表2整流二极管电特性和热特性
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：采用陶瓷金属封装结构，包括管座组件、管帽组件、芯片和键合丝，管帽组件、管座组件自上而下顺序组合在一起，所述芯片烧结在管座组件上，所述管座组件和管帽组件之间设有铜带，所述铜带通过点焊焊接在管帽组件上，芯片与铜带通过键合丝进行键合。
2.根据权利要求1所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：所述管座组件包括管座、钼片和脉冲环，所述管座下部为螺栓结构，管座上部具有管座内腔，管座内腔底壁设有凹槽，钼片设于凹槽内，所述钼片上焊接设有绝缘片，所述铜带焊接设于绝缘片上，所述脉冲环同轴设于管座上壁。
3.根据权利要求2所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：所述管帽组件包括柯伐壳、陶瓷环和引线管，所述陶瓷环设于柯伐壳上壁，柯伐壳底部设有管帽内腔，所述引线管贯穿设于陶瓷环中部。
4.根据权利要求3所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：所述铜带采用折弯设置。
5.根据权利要求4所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：所述铜带采用无氧铜，所述绝缘片采用掺杂改性95％AL2O3，所述管座采用紫铜；脉冲圈采用铁钴镍合金材料。
6.根据权利要求5所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：所述芯片通过铅铟银焊料烧结在管座底部。
7.根据权利要求6所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：每颗芯片通过两根键合丝键合到铜带之上。
8.根据权利要求7所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：所述柯伐壳采用铁钴镍合金材料；陶瓷环采用掺杂改性94％AL2O3；引线管采用4j29合金材料。
9.根据权利要求8所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管，其特征在于：所述柯伐壳表面镀镍厚度为2.54-11.4μm。
10.根据权利要求5-9任一项所述的一种适用于250℃碳化硅基旋转整流二极管的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)烧结：通过铅铟银焊料将两颗芯片烧结在管座底部；
2)键合：每颗芯片键合两根键合丝，键合到铜带之上；
3)储能点焊：将管座上的铜带点焊到管帽的引线管上；
4)封帽；将铜带弯折，通过大功率封帽机进行封帽。
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