CN217933787U - 一种大功率整流器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率整流器件，包括塑封外壳、基片、覆于基片上的四个铜箔、焊接于四个铜箔上芯片和分别与四个铜箔相连接的管脚，四个铜箔从左至右依次分别为第一铜箔、第二铜箔、第三铜箔和第四铜箔，其中，第四铜箔一端为弯折设置并分别与第一铜箔、第二铜箔、第三铜箔相邻设置；四个芯片分别为第一芯片、第二芯片、第三芯片和第四芯片，第一芯片底部两端分别焊接于第一铜箔与第二铜箔的焊盘上，第二芯片底部两端分别焊接于第二铜箔与第三铜箔上，第三芯片底部两端分别焊接于第三铜箔与第四铜箔上，第四芯片底部两端分别焊接于第四铜箔与第一铜箔上；将共晶工艺应用到功率器件上，实现了无键合线封装，生产工艺流程更简单，可靠性更高。

Description

一种大功率整流器件

技术领域

本实用新型涉及功率半导体技术领域，特别是一种大功率整流器件。

背景技术

功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心，本质上是通过利用半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能。功率半导体包括功率IC和功率器件，是系统应用的核心器件，战略地位十分突出。功率半导体具体用途是变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等。

采用碳化硅材料制成的功率半导体器件，以其高压高频高温高速的优良特性，能够大幅提升支撑清洁能源为主体的新型电力系统建设运行所需各类电力电子设备的能量密度，降低成本造价，增强可靠性和适用性，提高电能转换效率，降低损耗。

目前的整流器件，一般采用引线框作为基体，先在引线框上点涂固晶胶，然后将芯片通过固晶机放置于固晶胶上，最后在超声波金丝焊线机上将芯片电极与引线框电极通过金线连接。由于大功率器件芯片面积较大，相应的引线框也要求大尺寸，导致最终器件体积庞大。同时，大功率芯片发热量较大，器件使用时产生的热量仅仅依靠引线框无法及时扇出，导致器件性能下降甚至失效。另外，当器件内部处于高温环境时，金线内部会发生电子迁移和热迁移而导致芯片短路或开路。

发明内容

本实用新型针对上述问题，公开了一种大功率整流器件，解决了现有技术中大功率器散热不佳、金线容易断裂失效等问题。

具体的技术方案如下：

一种大功率整流器件，包括塑封外壳、基片、覆于基片上的四个铜箔、焊接于四个铜箔上芯片和分别与四个铜箔相连接的管脚，四个所述铜箔从左至右依次分别为第一铜箔、第二铜箔、第三铜箔和第四铜箔，其中，所述第四铜箔的一端为弯折设置并分别与第一铜箔、第二铜箔、第三铜箔相邻设置；四个芯片分别为第一芯片、第二芯片、第三芯片和第四芯片，所述第一芯片底部两端的电极分别焊接于第一铜箔与第二铜箔的焊盘上，第二芯片底部两端的电极分别焊接于第二铜箔与第三铜箔的焊盘上，第三芯片底部两端的电极分别焊接于第三铜箔与第四铜箔的焊盘上，第四芯片底部两端的电极分别焊接于第四铜箔与第一铜箔的焊盘上；每个铜箔的一端分别通过钼片与一个管脚相连接；所述塑封外壳覆盖基片、铜箔、芯片和钼片。

进一步的，所述基片为氮化铝陶瓷基片。

进一步的，所述芯片为碳化硅倒装芯片，且芯片通过共晶工艺焊接到铜箔上。

进一步的，所述基片靠近管脚的一端设有四个凹槽，四个凹槽中均设有陶瓷绝缘子，四个陶瓷绝缘子分别包裹四个管脚与四个钼片的连接处。

进一步的，所述钼片与铜箔之间、钼片与管脚之间均通过钎焊连接。

进一步的，所述塑封外壳采用高体积电阻率环氧树脂。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本实用新型将共晶工艺应用到功率器件上，实现了无键合线封装，打破了传统封装方式无法满足大功率器件散热要求的瓶颈，生产工艺流程更简单，器件可靠性更高。

(2)氮化铝材料与碳化硅材料的热膨胀系数、热导率相近，且两者有较好的晶格匹配，采用氮化铝陶瓷基板和碳化硅倒装芯片，具有体积小、耐高温、低热阻、高功率、抗电磁辐射等特性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的侧面剖视图。

塑封外壳1、基片2、凹槽21、第一铜箔3、第二铜箔4、第三铜箔5、第四铜箔6、第一芯片7、第二芯片8、第三芯片9、第四芯片10、钼片11、陶瓷绝缘子12、管脚13。

具体实施方式

在本实用新型创造的描述中，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创造和简化描述，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实用新型的限制。

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

请参阅附图1-2所示，本实用新型中基片2为氮化铝陶瓷基片2，基片2上从左至右依次覆有四个铜箔，且铜箔均通过DBC工艺烧结复合于氮化铝基片2上，四个所述铜箔从左至右依次分别为第一铜箔3、第二铜箔4、第三铜箔5和第四铜箔6，其中，第一、第三铜箔5为竖向条形结构，第三铜箔5长度小于第一铝箔长度，第二铜箔4为矩形结构，所述第四铜箔6的一端为向左弯折设置并延伸至第一铜箔3、第二铜箔4、第三铜箔5之间，使得第四铜箔6一端分别与第一铜箔3、第二铜箔4、第三铜箔5相邻设置，四个铜箔的位置分布以便于芯片的焊接。

四个铜箔上焊接有四个芯片，芯片为碳化硅倒装芯片，且芯片通过共晶工艺焊接到铜箔上，四个芯片分别为第一芯片7、第二芯片8、第三芯片9和第四芯片10，其中，第一芯片7底部两端的电极分别焊接于第一铜箔3与第二铜箔4的焊盘上，第二芯片8底部两端的电极分别焊接于第二铜箔4与第三铜箔5的焊盘上，第三芯片9底部两端的电极分别焊接于第三铜箔5与第四铜箔6的焊盘上，第四芯片10底部两端的电极分别焊接于第四铜箔6与第一铜箔3的焊盘上。

每个铜箔的一端分别通过钼片11与一个管脚13相连接，且所述基片2靠近管脚13的一端设有四个凹槽21，四个凹槽21中均设有陶瓷绝缘子12，四个陶瓷绝缘子12分别包裹四个管脚13与四个钼片11的连接处，所述钼片11与铜箔之间、钼片11与管脚13之间均通过钎焊连接；所述塑封外壳1为高体积电阻率环氧树脂通过模压成型，且塑封外壳1覆盖于基片2、铜箔、芯片和钼片11上。

碳化硅材料与氮化铝材料的热膨胀系数、热导率相近，且两者有较好的晶格匹配，采用氮化铝陶瓷基板和碳化硅倒装芯片，具有体积小、耐高温、低热阻、高功率、抗电磁辐射等特性，能够满足大功率整流器件需求。

以下为本实施例中的一种大功率整流器件制作流程：

步骤一：将氮化铝基片放入盛有丙酮和去离子水的超声波清洗机，除去表面油污和杂质。

步骤二：将清洗后的氮化铝基片放入氧化炉，在1100-1200℃温度下进行高温氧化。

步骤三：将铜箔放入氧化炉，在350-370℃温度下进行化学氧化。

步骤四：将高温氧化处理后的氮化铝基片和化学氧化处理后的铜箔叠装在一起，在高温键合炉进行高温烧结，烧结温度为1065℃-1083℃，使铜箔牢固镶嵌在氮化铝基片上。

步骤五：将烧结完成的氮化铝基片放入蚀刻机，在铜箔上蚀刻出所需形状和尺寸的电极，电极上包含若干焊盘。

步骤六：在上述电极的焊盘表面镀金，镀金厚度100u。至此，氮化铝覆铜基板制作完成。

步骤七：在氮化铝覆铜基板上电极的焊盘位置，点涂适量助焊剂。

步骤八：将上述基板放入真空共晶机，将碳化硅芯片吸取并放置到点涂有助焊剂的焊盘上，之后进行回流焊，完成芯片电极与基板焊盘的共晶。

步骤九：将上述基板、管脚、钼片，一起装入预制好的管脚焊接模具中，通过钎焊机完成钎焊，使管脚与对应焊盘建立电气连接。

步骤十：在基板下端四个凹槽位置，分别放置一个陶瓷绝缘子。

步骤十一：将上述半成品装入模压模具，在模压机上料口中注入高体积电阻率环氧树脂，之后进行压模成型，形成塑封外壳。

步骤十二：在测试机上测试器件参数，筛选出不合格品。

本实用新型将共晶工艺应用到功率器件上，实现了无键合线封装，打破了传统封装方式无法满足大功率器件散热要求的瓶颈，避免了因金线内部发生电子迁移和热迁移而导致芯片短路或开路的问题。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种大功率整流器件，包括塑封外壳(1)、基片(2)、覆于基片(2)上的四个铜箔、焊接于四个铜箔上芯片和分别与四个铜箔相连接的管脚(13)，其特征在于，四个所述铜箔从左至右依次分别为第一铜箔(3)、第二铜箔(4)、第三铜箔(5)和第四铜箔(6)，其中，所述第四铜箔(6)的一端为弯折设置并分别与第一铜箔(3)、第二铜箔(4)、第三铜箔(5)相邻设置；四个芯片分别为第一芯片(7)、第二芯片(8)、第三芯片(9)和第四芯片(10)，所述第一芯片(7)底部两端的电极分别焊接于第一铜箔(3)与第二铜箔(4)的焊盘上，第二芯片(8)底部两端的电极分别焊接于第二铜箔(4)与第三铜箔(5)的焊盘上，第三芯片(9)底部两端的电极分别焊接于第三铜箔(5)与第四铜箔(6)的焊盘上，第四芯片(10)底部两端的电极分别焊接于第四铜箔(6)与第一铜箔(3)的焊盘上；每个铜箔的一端分别通过钼片(11)与一个管脚(13)相连接；所述塑封外壳(1)覆盖基片(2)、铜箔、芯片和钼片(11)。

2.如权利要求1所述的一种大功率整流器件，其特征在于，所述基片(2)为氮化铝陶瓷基片(2)。

3.如权利要求1所述的一种大功率整流器件，其特征在于，所述芯片为碳化硅倒装芯片，且芯片通过共晶工艺焊接到铜箔上。

4.如权利要求1所述的一种大功率整流器件，其特征在于，所述基片(2)靠近管脚(13)的一端设有四个凹槽(21)，四个凹槽(21)中均设有陶瓷绝缘子(12)，四个陶瓷绝缘子(12)分别包裹四个管脚(13)与四个钼片(11)的连接处。

5.如权利要求4所述的一种大功率整流器件，其特征在于，所述钼片(11)与铜箔之间、钼片(11)与管脚(13)之间均通过钎焊连接。

6.如权利要求1所述的一种大功率整流器件，其特征在于，所述塑封外壳(1)采用高体积电阻率环氧树脂。

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