CN209766433U - 一种高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管 - Google Patents

一种高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，属于半导体，本实用新型要解决的技术问题为如何能够为充分发挥硅芯片的最高工作结温以及提高器件的可靠性，同时降低成本，采用的技术方案为：其结构包括引线框架和塑封体，所述引线框架上设置有对应塑封体的芯片焊接位，芯片焊接位内设置有二极管芯片单元，二极管芯片单元的外侧设置有全包封玻璃钝化层；二极管芯片单元的一面固定焊接在引线框架的芯片焊接位内，另一面连接有跳片且跳片延伸出全包封玻璃钝化层；二极管芯片单元包括至少一个二极管芯片，二极管芯片的两侧对称设置有钼片，两钼片分别通过焊片与位于二极管芯片两侧的芯片焊接位和跳片焊接连接。

Description

一种高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管
技术领域
本实用新型涉及半导体，具体地说是一种高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管。
背景技术
随着我国半导体行业蓬勃发展，由半导体材料制作的功率电子元器件如二极管，MOSFET、IGBT等在汽车电子、医疗器械、智能家电、充电设备、工业自动化、电源系统、网络通讯等领域的应用越来越广泛，由于该功率电子器件在应用端承担着功率转换，输出推动等关键作用，对其可靠性有着极高的要求。
在现有的以塑封为主的硅功率二极管整流器系列，其标准的最高工作温度一般是150℃，这一标准不能满足像汽车电子、医疗、航天、航空等高等级领域的要求。现有的全金属空封或陶瓷封装具有很高的可靠性，但其成本太高，也不利于推广应用。
现有的二极管工艺所采用的芯片主要有：玻璃钝化(GPP)芯片、酸洗扩散片、外延平面等结构；芯片焊接工艺基本采用铅锡银焊料，溶化温度360℃左右，封装采用环氧塑封料，可靠性仅能够满足普通产品的可靠性要求，但不能适应高端领域如汽车电子、智能系统、军用设备需要更等级的应用。
现有的塑封二极管由于采用铜框架或铜引线，芯片焊接通常采用铅锡银焊料(熔点为：320℃-385℃)，封装采用塑封材料。使得芯片的工作温度最高为 150℃，使用可靠性不高，故如何能够为充分发挥硅芯片的最高工作结温(TJ： 175℃)以及提高器件的可靠性，使二极管满足像汽车电子、医疗、航天、航空等高等级领域的要求，同时降低成本，实现大范围推广应用是目前现有技术中急需解决的技术问题。
专利号为CN204045599U的专利文献公开了一种双芯片高反压塑封功率二极管，属于半导体器件技术领域。其由圆柱形双芯片、上下干字头铜导线、铅锡银焊片、芯片保护胶、非空腔圆柱形塑封体和负极色环标识构成，所述上下干字头铜导线的上台面与双芯片两面之间通过铅锡银焊片焊接固定，所述干字头铜导线之间的双芯片、铅锡银焊片和干字头铜导线上台面用保护胶包封塑封装在环氧树脂塑封料内。但是该技术方案不能满足像汽车电子、医疗、航天、航空等高等级领域的要求，同时存在成本高，可靠性差，不利于推广应用的缺点。
发明内容
本实用新型的技术任务是提供一种高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，来解决如何能够为充分发挥硅芯片的最高工作结温(TJ：175℃) 以及提高器件的可靠性，使二极管满足像汽车电子、医疗、航天、航空等高等级领域的要求，同时降低成本，实现大范围推广应用的问题。
本实用新型的技术任务是按以下方式实现的，高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，包括引线框架和塑封体，所述引线框架上设置有对应塑封体的芯片焊接位，芯片焊接位内设置有二极管芯片单元，二极管芯片单元的外侧设置有全包封玻璃钝化层；二极管芯片单元的一面固定焊接在引线框架的芯片焊接位内，另一面连接有跳片且跳片延伸出全包封玻璃钝化层；
二极管芯片单元包括至少一个二极管芯片，二极管芯片的两侧对称设置有钼片，两钼片分别通过焊片与位于二极管芯片两侧的芯片焊接位和跳片焊接连接。
作为优选，所述引线框架中部位置引出一条阴极引线，阴极引线延伸出塑封体。
作为优选，所述二极管芯片设置有一个，跳片采用单跳片，单跳片是由芯片连接部和位于芯片连接部下端的阳极引出部组成的叉型结构，芯片连接部与二极管芯片连接。
更优地，所述阳极引出部是由阳极引出子部一和阳极引出子部二组成的U 型结构，阳极引出子部一和阳极引出子部二分别引出一条阳极引线，阳极引线延伸出塑封体。
作为优选，所述二极管芯片设置有两个，两二极管芯片相并联连接且两二极管芯片共用阴极；
跳片设置有两个，两跳片分别为跳片一和跳片二，跳片一和跳片二分别引出一条阳极引线，阳极引线延伸出塑封体。
更优地，所述跳片一和跳片二均包括依次连接的头端方形连接部、过渡连接部一、竖直连接部、过渡连接部二和尾端方形连接部，头端方形连接部用于连接二极管芯片，过渡连接部一、竖直连接部和过渡连接部二用于连接头端方形连接部和尾端方形连接部，尾端方形连接部用于连接阳极引线。
作为优选，所述引线框架的中间位置设置有安装孔。
作为优选，所述引线框架采用无氧铜框架；焊片采用铜银磷合金高温焊片。
作为优选，所述二极管芯片采用镀铝二极管芯片，二极管芯片与钼片熔融焊接连接。
作为优选，所述钼片与引线框架采用通过焊片钎焊焊接连接。
本实用新型的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管具有以下优点：
(一)、本实用新型采用了全玻璃钝化保护PN结，使得可靠性大幅度提高，工作结温可以达到175℃以上，具有极高的可靠性，满足了用户对高端产品的需求，为我国高技术领域以及国防装备提供了性能优良、可靠性高的产品，可以满足车规标准要求，具有可观的应用前景；
(二)、本实用新型采用了以钼片为缓释应力过渡片，有效的减少了内部应力，焊料采用高温焊片，其焊接温度达到了680℃的高温，并解决了引线框架与二极管芯片的热膨胀匹配问题，使产品的工作温度达到175℃；由于采用了TO-220铜引线框架结构，可以实现80mil-200il的封装芯片尺寸，最大电流可以达到25A，单芯片击穿电压可以达到1500V以上；
(三)、本实用新型采用全包封玻璃钝化层包裹二极管芯片单元，有效的保护了PN结(PN结：实现高反压等电性功能的关键芯片结构)，实现了二极管芯片高抗应力能力，实现了-65℃-175℃的极限工作温度；
(四)、二极管芯片与引线框架采用了高温焊接，后进行晶腐、清洗、干燥后进行全玻封钝化处理，实现高温烧结所形成的全玻封钝化结构，对二极管PN 结有效的保护；
(五)、本实用新型采用的铜银磷合金高温焊片，把钼片与引线框架钎焊，可形成高可靠连接；同时依靠镀铝二极管芯片直接与钼片熔融焊接，形成良好的欧姆接触；
(六)、本实用新型采用双镀铝芯片叠片串联焊接，实现超高反向压，击穿电压可达到3000V以上；
(七)、本实用新型采用单芯片或双芯片结构，可以安放两个并联的二极管芯片以实现半桥整流功能。
本实用新型具有设计合理、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、一物多用等特点，因而，具有很好的推广使用价值。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
附图1为实施例1的结构示意图；
附图2为附图1中A向视图；
附图3为实施例1中单跳片的结构示意图；
附图4为实施例2的结构示意图；
附图5为附图4中B向视图；
附图6为实施例2中的跳片一和跳片二的结构示意图；
附图7为附图6中C向视图；
附图8为实施例2的两个二极管芯片并联的原理图。
图中：1、引线框架，2、芯片焊接位，3、焊片，4、钼片，5、二极管芯片， 6、跳片，7、全包封的玻璃钝化层，8、塑封体，9、阴极引线，10、单跳片， 10-1、芯片连接部，10-2、阳极引出部，10-3、阳极引出子部一，10-4、阳极引出子部二，11、阳极引线，12、跳片一，13、跳片二，13-1、头端方形连接部，13-2、过渡连接部一，13-3、竖直连接部，13-4、过渡连接部二，13-5、尾端方形连接部，14、安装孔。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本实用新型的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管作以下详细地说明。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的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实用新型和简化描述。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，因此不能理解为本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1：
如附图1和2所示，本实用新型的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管,其结构包括引线框架1和塑封体8，引线框架1的中间位置开设有安装孔14。引线框架1采用无氧铜框架；引线框架1上设有对应塑封体8的芯片焊接位2，芯片焊接位2内安装有二极管芯片单元，二极管芯片单元的外侧包裹有全包封玻璃钝化层7；二极管芯片单元的一面固定焊接在引线框架1 的芯片焊接位2内，另一面连接有跳片6且跳片延伸出全包封玻璃钝化层7；二极管芯片单元包括一个二极管芯片5，二极管芯片5的两侧对称焊接有钼片4，两钼片4分别通过焊片3与位于二极管芯片5两侧的芯片焊接位2和跳片6焊接连接。引线框架1中部位置引出一条阴极引线9，阴极引线9延伸出塑封体8。如附图3所示，跳片6采用单跳片10，单跳片10是由芯片连接部10-1和位于芯片连接部10-1下端的阳极引出部10-2组成的叉型结构，芯片连接部10-1 与二极管芯片5连接。阳极引出部10-2是由阳极引出子部一10-3和阳极引出子部二10-4组成的U型结构，阳极引出子部一10-3和阳极引出子部二10-4 分别引出一条阳极引线11，阳极引线11延伸出塑封体8。焊片3采用铜银磷合金高温焊片。二极管芯片5采用镀铝二极管芯片，二极管芯片5与钼片4熔融焊接连接。钼片4与引线框架1采用通过焊片3钎焊焊接连接。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：如附图4和5所示，二极管芯片5有两个，如附图8所示，两二极管芯片5相并联连接且两二极管芯片5共用阴极；跳片6有两个，两跳片6分别为跳片一12和跳片二13，跳片一12和跳片二13 分别引出一条阳极引线11，阳极引线11延伸出塑封体8。如附图6和7所示，跳片一12和跳片二13均包括依次连接的头端方形连接部13-1、过渡连接部一 13-2、竖直连接部13-3、过渡连接部二13-4和尾端方形连接部13-5，头端方形连接部13-1用于连接二极管芯片5，过渡连接部一13-2、竖直连接部13-3 和过渡连接部二13-4用于连接头端方形连接部13-1和尾端方形连接部13-5，尾端方形连接部13-5用于连接阳极引线11。其他结构、连接关系与实施例1 完全相同。
本实用新型采用高性能的镀铝二极管芯片5，焊接采用无氧铜引线框架1 与钼片4焊接，再与镀铝二极管芯片5焊接，采用高温焊片做钎料，具有良好的热应力设计与低热阻设计，使产品有更好抗热冲击能力；后经晶腐，清洗，烘干，然后通过全包的玻璃钝化，在高温下将玻璃粉烧结而成，对PN结进行全面的可靠保护。本实用新型相关参数如下：
1、框架式GP封装二极管系列产品，包括独有的全玻封封装，加以通用性塑封外形，兼顾了可靠性与兼容性；
2、采用双晶粒高压二极管，单晶粒击穿电压大于1500V，双晶粒击穿电压大于3000V；
3、采用快回复二极管实现高压脉冲应用；
4、可靠性指标：
储存温度范围：-65℃-175℃；
工作温度范围：-65℃-175℃；
耐焊接热：300℃，10s；
寿命试验：1000h，Tj＝175℃；
高温反偏：1000h，80％VR，150℃；
高低温冲击：-55℃-150℃，500次；
5、高性能：
输出电流：5A-30A；
反向击穿电压：3000V以上；
6、安放二极管芯片尺寸为2mm-5mm；
7、最大电流可达到25A；
8、两个二极管芯片并联形成双芯片半桥结构，实现了电流、功率最大化；最大电流可达到25A，非重复性浪涌电流可达到300A以上。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，包括引线框架和塑封体，其特征在于，所述引线框架上设置有对应塑封体的芯片焊接位，芯片焊接位内设置有二极管芯片单元，二极管芯片单元的外侧设置有全包封玻璃钝化层；二极管芯片单元的一面固定焊接在引线框架的芯片焊接位内，另一面连接有跳片且跳片延伸出全包封玻璃钝化层；
二极管芯片单元包括至少一个二极管芯片，二极管芯片的两侧对称设置有钼片，两钼片分别通过焊片与位于二极管芯片两侧的芯片焊接位和跳片焊接连接。
2.根据权利要求1所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述引线框架中部位置引出一条阴极引线，阴极引线延伸出塑封体。
3.根据权利要求1或2所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述二极管芯片设置有一个，跳片采用单跳片，单跳片是由芯片连接部和位于芯片连接部下端的阳极引出部组成的叉型结构，芯片连接部与二极管芯片连接。
4.根据权利要求3所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述阳极引出部是由阳极引出子部一和阳极引出子部二组成的U型结构，阳极引出子部一和阳极引出子部二分别引出一条阳极引线，阳极引线延伸出塑封体。
5.根据权利要求1或2所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述二极管芯片设置有两个，两二极管芯片相并联连接且两二极管芯片共用阴极；
跳片设置有两个，两跳片分别为跳片一和跳片二，跳片一和跳片二分别引出一条阳极引线，阳极引线延伸出塑封体。
6.根据权利要求5所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述跳片一和跳片二均包括依次连接的头端方形连接部、过渡连接部一、竖直连接部、过渡连接部二和尾端方形连接部，头端方形连接部用于连接二极管芯片，过渡连接部一、竖直连接部和过渡连接部二用于连接头端方形连接部和尾端方形连接部，尾端方形连接部用于连接阳极引线。
7.根据权利要求1所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述引线框架的中间位置设置有安装孔。
8.根据权利要求1所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述引线框架采用无氧铜框架；焊片采用铜银磷合金高温焊片。
9.根据权利要求1所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述二极管芯片采用镀铝二极管芯片，二极管芯片与钼片熔融焊接连接。
10.根据权利要求1所述的高反压、大电流超高温烧结全包封玻璃钝化二极管，其特征在于，所述钼片与引线框架采用通过焊片钎焊焊接连接。
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