CN219832644U - 一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，包括未做欧姆接触金属化层的芯片和钼片烧结形成的管芯，管芯阳极面的底部设置有铜片，且，所述的钼片厚度是为所述的铜片厚度的七分之一至十分之七。本实用新型采用减薄钼片厚度，该厚度是现有技术制造管芯所用的钼片七分之一至十分之七，节约成本，选用与管芯直径略大的优质铜片。铜片由于具有良好的导电、导热和可塑性的特性，有一定的机械强度，一面与钼片接触，另一面与平整度、粗糙度较差的电极面接触，在装配时依靠螺栓的压力下“填平”了电极局部较差平整度、粗糙度，实现了受力均匀、导电、导热良好的紧密接触层，使管芯能够长期稳定运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率半导体器件领域，特别涉及一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件。
背景技术
大功率半导体晶闸管/整流二极管管芯均采用压接式结构，如图3所示，其管芯是使用钼片或钨片，通过铝箔把芯片重叠在一起在真空炉中“烧结”，然后经过后道工序的处理形成管芯。因钼片的热膨胀系数接近硅的热膨胀系数，所以通常采用钼片作为晶闸管/整流二极管管芯的阳极电极，又因压接式管芯需要一定的机械强度，钼片厚度是芯片几倍，钼属于稀有贵重金属，价格昂贵，如何降低制造成本又要保持管芯电参数合格是一个有待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
包括未做欧姆接触金属化层的芯片和钼片烧结形成的管芯，管芯的底部设置有铜片，且，所述的钼片厚度为所述的铜片厚度的七分之一至十分之七。
本实用新型采用减薄钼片厚度，减薄后的厚度是现有技术制造管芯所用的钼片七分之一至十分之七，显著降低成本。又由于钼片的减薄会引起钼与芯片焊接后，因钼、硅热膨胀系数的失配导致的形变、且机械强度下降，在模块组装中由于输入/输出电极平面平整度差、粗糙度大，管芯与其在装配过程中，在螺栓的压力作用下进行压接，会导致接触面局部受力不均匀，局部压力过大，损坏管芯。
所以在减薄钼片的基础上，增加了一块与管芯直径略大(约1mm)的优质铜片，钼片厚度仅是铜片厚度的七分之一至十分之七。该铜片经过精密研磨后，平整度、粗糙度达到工艺要求，表面经过处理形成抗氧化且具有韧性的金属层，这样的铜片其导电、导热和可塑性的性能优于钼片，由于铜片厚度大于所述钼片，所以机械强度大于钼片，一面与钼片接触，另一面与平整度较差、粗糙度较大的电极面接触，在装配时依靠螺栓的压力下，具有韧性的铜片“填平”了上述电极面，实现了受力均匀、导电、导热良好的紧密接触层，使管芯能够长期稳定运行。
优选的，钼片厚度为铜片厚度的五分之一至二分之一。
优选的，所述的芯片、钼片烧结形成管芯，铜片单独设置在管芯的底部，管芯与铜片重叠的边缘及管芯台面涂绝缘硅橡胶。
优选的，所述的钼片、铜片以及芯片依次烧结形成管芯，管芯台面涂绝缘硅橡胶。
优选的，φ29管芯钼片厚度为0.3mm-0.6mm、铜片厚度为1.6mm-2mm。
优选的，φ34管芯钼片厚度为0.3mm-0.8mm、铜片厚度为1.6mm-2mm。
优选的，φ39管芯钼片厚度为0.3mm-1.0mm、铜片厚度为1.6mm-2mm。
优选的，φ49管芯钼片厚度为0.3-1.4mm、铜片厚度为1.6mm-2.2mm。
优选的，铜片的外表面设置有防氧化金属镀层。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型采用减薄钼片厚度，减薄后的厚度是现有技术制造管芯所用的钼片七分之一至十分之七，显著降低成本。又由于钼片的减薄会引起钼与芯片焊接后，因钼、硅热膨胀系数的失配导致的形变、且机械强度下降，在模块组装中由于输入/输出电极平面平整度差、粗糙度大，管芯与其在装配过程中，在螺栓的压力作用下进行压接，会导致接触面局部受力不均匀，局部压力过大，损坏管芯。
所以在减薄钼片的基础上，增加了一块与管芯直径略大(约1mm)的优质铜片，钼片厚度仅是铜片厚度的七分之一至十分之七。该铜片经过精密研磨后，平整度、粗糙度达到工艺要求，表面经过处理形成抗氧化且具有韧性的金属层，这样的铜片由于具有良好的导电、导热和可塑性的特性，有一定的机械强度，一面与钼片接触，另一面与平整度较差、粗糙度较大的电极面接触，在装配时依靠螺栓的压力下“填平”了上述电极面，实现了受力均匀、导电、导热良好的紧密接触层，使管芯能够长期稳定运行。
钼片价格是铜片价格的几倍，由于采用减薄钼片的方法节省了原材料，设计使用经过处理后的优质铜片，在保持晶闸管/整流二极管各项电参数合格的前提下，显著的降低了制造成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例1所公开的结构示意图：
图2为本实用新型实施例2所公开的结构示意图；
图3为背景技术中所提及的现有技术所公开的结构示意图。
图中，1、芯片；2、铝箔焊料；3、钼片；4、高温焊料；5、铜片；6、绝缘硅橡胶。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：
请参阅图中所示，本实施例提供了一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，按照常规技术、工艺流程进行扩散、光刻、腐蚀等工序形成芯片1，然后将表面未做欧姆接触金属化层的芯片1、通过铝箔2与钼片3重叠在一起，按照常规的工艺流程进行烧结。
为了达到降低了制造成本的目的，本实用新型采用减薄钼片3厚度，该厚度是现有技术制造管芯所用的钼片3约七分之一至十分之七，又由于钼片3的减薄会引起钼与芯片1焊接后，因钼、硅热膨胀系数的失配导致的形变、且机械强度下降，在模块组装中由于输入/输出电极的平面平整度差、粗糙度大，管芯与其在装配过程中，在螺栓的压力作用下进行压接，会导致接触面局部受力不均匀，局部压力过大，损坏管芯。
解决这一问题的做法是：采用与管芯直径略大(约1mm)的优质铜片5，上述钼片3厚度仅是铜片5厚度的七分之一至十分之七(优选五分之一至二分之一)。该铜片5经过精密研磨后，平整度、粗糙度达到工艺要求，表面经过处理形成抗氧化具有韧性的金属层，这样的铜片5由于具有良好的导电、导热和可塑性的特性，且有一定的机械强度，一面与钼片3接触，另一面与平整度较差、粗糙度较大的输入/输出电极面接触，在装配时依靠螺栓的压力下“填平”了所述的电极面，实现了受力均匀、导电、导热良好的紧密接触层，使管芯能够长期稳定运行。
实施步骤为：
根据设计晶闸管或者整流二极管电参数的要求，对档选择芯片1电阻率和片厚，按照常规技术、工艺流程进行扩散、光刻、腐蚀等工序，形成具有承受正、反向耐压及其它电参数合格的芯片1(其它电参数是通过某一生产批次中抽样试验测试数据而获得的)，该芯片1表面未做欧姆接触金属化层。
将上述芯片1、通过铝箔焊料2与簿钼片3重叠在一起，按照常规的工艺流程进行烧结。(直径越大的管芯其钼片3厚度较直径小的管芯钼片3厚，优选的簿钼片3是常规钼片3的五分之一至二分之一)。
将烧结完成的管芯放置在镀膜设备中，先对阴极面进行蒸铝，然后再对阳极面进行蒸铝或者其它不易氧化的金属膜。
将阴极面蒸好铝膜的管芯按照常规工艺进行刻蚀、铝合金化等步骤，形成欧姆接触硅铝合金金属层。
将对应于钼片3直径略大的(约1.0mm)，冲制好的铜片5，放置在双面研磨机中进行双面研磨，铜片5平整度控制在0.1um左右。
将研磨好的铜片5经过高纯水清洗、处理后，双面进行镀银或镀铝，或其它的金属层，目的是让铜片5具有抗氧化性能。
将阴极面已形成硅铝合金层的管芯，其阳极面水平放在具有抗氧化金属镀层的铜片5上，然后在管芯与铜片5重叠的边缘及管芯台面上涂绝缘硅橡胶6，进行固定、保护，防止管芯与铜片5移动形成错位。
为了使薄钼片3与厚铜片5的匹配组合，根据管芯直径的大小，可参照下表进行尺寸选择：
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例在实施步骤中，先将铜片5与钼片3烧结，最后将芯片1烧结在钼片3上端。
具体的步骤如下：将对应于钼片3直径略大的(约1.0mm)，冲制好的铜片5，放置在双面研磨机中进行双面研磨，铜片5平整度控制在0.1um左右。
将研磨好的铜片5经过高纯水清洗、处理后，将铜片5通过高温焊料4与簿钼片3重叠在一起，按照真空烧结工艺流程进行高温(800-1000℃)烧结形成钼、铜结合体。然后，在双面研磨机中对铜片5和钼片3两个端面研磨、清洗处理；
根据设计晶闸管或者整流二极管电参数的要求，对档选择芯片1电阻率和片厚，按照常规技术、工艺流程进行扩散、光刻、腐蚀等工序，形成具有承受正、反向耐压及其它电参数合格的芯片1(其它电参数是通过某一生产批次中抽样试验测试数据而获得的)，该芯片1表面未做欧姆接触金属化层；
将所述的芯片1通过铝箔与第一次薄钼片3和厚铜片5烧结在一起形成结合体的钼片3端面重叠在一起，按照常规的工艺流程进行烧结形成管芯。
将烧结完成的管芯放置在镀膜设备中，对阴极面进行蒸铝。
将阴极面蒸好铝膜的管芯按照常规工艺进行刻蚀、铝合金化等步骤，形成欧姆接触硅铝合金金属层。
将上述管芯放置在镀膜设备中，对阳极面铜片5端面进行镀银或其它不易氧化的金属膜。
最后在管芯台面上涂绝缘硅橡胶6，进行保护。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物决定。
Claims (9)
1.一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，包括未做欧姆接触金属化层的芯片和钼片烧结形成的管芯，其特征在于：管芯阳极面的底部设置有铜片，且，所述的钼片厚度为0.3-1.5mm,所述的钼片厚度为所述的铜片厚度的七分之一至十分之七。
2.根据权利要求1所述的一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，其特征在于：钼片厚度为铜片厚度的五分之一至二分之一。
3.根据权利要求1所述的一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，其特征在于：所述的芯片、钼片烧结形成管芯，铜片单独设置在管芯阳极面的底部，管芯与铜片重叠的边缘及管芯台面涂绝缘硅橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，其特征在于：所述的钼片、铜片以及芯片依次烧结形成管芯，管芯台面涂绝缘硅橡胶。
5.根据权利要求1所述的一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，其特征在于：φ29管芯钼片厚度为0.3mm-0.6mm、铜片厚度为1.6mm-2.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，其特征在于：φ34管芯钼片厚度为0.3mm-0.8mm、铜片厚度为1.6mm-2.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，其特征在于：φ39管芯钼片厚度为0.3mm-1.0mm、铜片厚度为1.6mm-2.2mm。
8.根据权利要求1所述的一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，其特征在于：φ49管芯钼片厚度为0.3-1.4mm、铜片厚度为1.8mm-2.2mm。
9.根据权利要求1所述的一种晶闸管/整流二极管管芯复合组件，其特征在于：铜片的外表面设置有防氧化金属镀层。
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