TWM493152U - 二極體與其電極結構 - Google Patents

Description

二極體與其電極結構

本新型創作是有關於一種二極體與其電極結構，且特別是有關於一種車用整流二極體及其電極結構。

在現有汽車運輸系統中，由於交流發電機之效率及壽命皆遠高於直流發電機，因此目前車用發電機均為交流發電機。再者，電瓶乃是一切汽車運輸工具的能量來源，尤其是汽車引擎啟動時，其電流相當高，因此於正常運轉時，必須利用發電機隨時對電瓶儲能，以使汽車運輸工具內的所有電器能正常運作發揮其正常功能，而其中，整流二極體(或二極體整流器)通常是設置於發電機內，以將交流電整流成直流電並傳送至汽車系統中的各種電器裝置，如：音響、頭燈等，以及對電瓶作充電之工作，藉此供應其持續轉動之電力，同時讓汽車於行駛間能不使用電瓶之電力，藉由維持電瓶充沛之電力，以待下一次之啟動。一般而言，交流發電機通常配置有6至8個整流二極體。

由於所述整流二極體是配置於高溫且高振動的發電機上，因此整流二極體的內部結構需要具有高度的穩定性。一般而 言是將具整流功能的半導體晶片焊接在兩個電極結構之間，而使三者能彼此電性連接。惟，在現有的焊接過程中，所述電極結構均為光滑面，待配置於其上的焊料熔融後常因光滑面而無法控制其在電極結構上的位置與流動範圍。如此一來，便容易造成銲接處的焊料厚薄不均，也因而影響整流二極體的結構強度。

本新型創作提供一種二極體，其藉由電極表面的粗糙面而得以控制焊料熔融後的流動速度和流動範圍，以使結合後的焊料層能均勻化並進而強化二極體的結構強度。

本新型創作的二極體包括第一電極、第二電極、半導體晶片以及多個焊料。半導體晶片配置在第一電極與第二電極之間。焊料分別配置在第一電極與半導體晶片間，及第二電極與半導體晶片之間，以使第一電極、第二電極與半導體晶片藉由焊料而相互電性導通。第一電極以第一接觸面接觸焊料，而第二電極以第二接觸面接觸焊料，且第一接觸面與第二接觸面的至少其中之一為粗糙面。

本新型創作的電極結構，適用於整流二極體。整流二極體具有半導體晶片。電極結構包括杯狀基座，而半導體晶片適於藉由焊料而接著於杯狀基座上。杯狀基座以第一接觸面經由焊料而與半導體晶片電性連接，且第一接觸面為粗糙面。

在本新型創作的一實施例中，上述粗糙面的中心線平均 粗糙度(Ra)為1.0μm以上。

在本新型創作的一實施例中，上述粗糙面的中心線平均粗糙度(Ra)為1.0μm至3.0μm之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一電極為杯狀基座，而所述第一接觸面為杯狀基座之底面的至少局部。

在本新型創作的一實施例中，上述底面的中心線平均粗糙度為1.0μm至4.5μm之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的二極體為設置在車用發電機上的整流二極體。

在本新型創作的一實施例中，上述的電極結構還包括導線電極，適於藉由另一焊料而與半導體晶片接著，以使半導體晶片位於導線電極與杯狀電極之間。杯狀基座與導線電極藉由焊料而與半導體晶片電性連接。

在本新型創作的一實施例中，上述的導線電極以第二接觸面經由焊料而接著於半導體晶片，且所述第二接觸面為粗糙面。

基於上述，在本新型創作的實施例中，二極體藉由電極結構中的粗糙面作為與半導體晶片與焊料接觸的焊接面之用，利用粗糙面的粗糙度產生摩擦力，減緩焊料的流動速度，因而得以使熔融狀態的焊料能被控制於一定範圍內，而不致四處溢流。據此，在將第一電極、第二電極與半導體晶片焊接的過程中，便能經由上述手段而控制焊料的流動範圍，且進而控制焊接後的焊料層的厚度與其均勻性，故而有效強化二極體的結構強度。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧二極體

110‧‧‧第一電極

112‧‧‧側牆結構

120‧‧‧第二電極

122‧‧‧凸部

130‧‧‧半導體晶片

140‧‧‧焊料

BS‧‧‧底面

S1‧‧‧第一接觸面

S2‧‧‧第二接觸面

圖1是依據本新型創作一實施例的一種二極體的爆炸圖。

圖2繪示圖1中第二電極的仰視圖。

圖3繪示圖1中第一電極的俯視圖。

圖1是依據本新型創作一實施例的一種二極體的爆炸圖，用以繪示二極體的相關構件於焊接製程之前的狀態。圖2繪示圖1中第二電極的仰視圖。圖3繪示圖1中第一電極的俯視圖。請同時參考圖1至圖3，在本實施例中，二極體100例如是應用於車用發電機上的整流二極體(rectifier diode)，其用以將交流電整流成直流電並傳送至汽車系統中的各種電器裝置與電瓶中。如圖1所示，二極體100包括第一電極110、第二電極120、半導體晶片130以及多個焊料140，其中第一電極110與第二電極120分別為二極體100的電極結構，以藉由焊料140而將半導體晶片130焊接其中而達到彼此電性連接的狀態，並據以將流入的交流電藉由所述具有整流功能的半導體晶片130整流為直流電之後從二極體100輸出。

詳細而言，第一電極110例如是杯狀基座電極，在圖1中以剖視手法予以繪示，其具有底面BS與立設且環繞於底面BS的側牆結構112，因而形成所述杯狀輪廓。然實際上，二極體100的第一電極110可因產品需求設計為不同形式的基座電極，例如不具有側牆結構112，或是於底面BS上更包含一凸起基座以放置半導體晶片130。

第二電極120例如是導線電極，其用以與第一電極110連接，而使其凸部122能容置於底面BS與側牆結構112所形成的空間內。焊料140分別配置在第一電極110與半導體晶片130之間，以及第二電極120與半導體晶片130之間，以使第一電極110、第二電極120與半導體晶片130能藉由焊料140而相互電性導通。需說明的是，圖1所繪示的焊料140是呈片狀的預形體(preform)，待其如圖1放置並經加溫熔融後方將半導體晶片130、第一電極110與第二電極120實體接著在一起，並達到上述電性連接的效果。

值得注意的是，第二電極120具有位於凸部122處的第二接觸面S2，面向半導體晶片130，而第二電極120以其第二接觸面S2作為與焊料140、半導體晶片130電性導通的介面，亦即熔融後的焊料140會將半導體晶片130結合於第二接觸面S2而讓第二電極120經由焊料140而與半導體晶片130電性連接。

請同時參考圖1與圖3，如圖1所示，在本實施例中第二接觸面S2的表面積實質上小於第一電極110的底面BS，因而對應地，本實施例的第一電極110尚具有位於底面BS處的第一接觸 面S1，作為第一電極110與半導體晶片130的連接介面。即，第一接觸面S1的表面積可小於或等於底面BS的表面積。類似前述對於第二接觸面S2的描述，對於第一電極110而言，當焊料140熔融之後便能將第一接觸面S1與半導體晶片130結合在一起，而讓第一電極110與半導體晶片130電性導通。

更重要的是，如前述對於熔融狀態的焊料140而言，與其接觸的表面若為光滑面，則容易影響焊料140的內聚力而降低熔融狀的焊料140與第一接觸面S1或第二接觸面S2之間的附著力，亦即如圖1所示，對於半導體晶片130與第一電極110而言，一旦第一電極110的第一接觸面S1為光滑面，則焊料140熔融後便容易在底面BS上橫流而不受控。如此一來，接著後的半導體晶片130與第一電極110之間的焊接層便無法據以控制其分佈均勻度和厚度，此舉也代表無法據以控制焊接層的品質。

有鑑於此，在本新型創作中，所述底面BS(或第一接觸面S1)與第二接觸面S2的至少其中之一為均勻的粗糙面，在本實施例中，第一接觸面S1與第二接觸面S2均為粗糙面，但並不限於此。其中，第一接觸面S1或第二接觸面S2的中心線平均粗糙度(Ra)為1.0μm以上，而較佳的是中心線平均粗糙度為1.0μm至4.5μm之間。此舉能讓熔融後的焊料140因所述的粗糙結構的存在而與第一接觸面S1或第二接觸面S2維持一定的附著程度，也因而提高第一電極110(或第二電極120)對於半導體晶片130的接著能力，相當於提高焊接後二極體100的結構拉力值。其中，第 一接觸面S1或第二接觸面S2的Ra值較佳介於1.0μm至3.0μm之間，使焊料140流動範圍能獲得良好控制。

換句話說，設計者能因此而達到控制焊料140於熔融狀態時相對於第一接觸面S1(或第二接觸面S2)的對應位置，亦即能控制此時焊料140相對於第一電極110與第二電極120的熔接範圍。如此一來，一旦熔融狀的焊料140能受控於第一電極110與第二電極120的特定區域(如第一接觸面S1或第二接觸面S2)，便代表著冷卻後的焊料層的品質也在受控的範圍內，亦即熔融狀的焊料140能被集中於前述特定的區域，便能因此在焊接過程中提高其排氣的效果，而避免習知焊料所可能產生的氣孔等不利於焊接結構的缺陷產生，進而有利於焊接後整個二極體100結構的強度。

如前所述，本實施例中的第二接觸面S2，其表面積實質上小於第一電極110的底面BS，因此在接合時第一電極110僅以其第一接觸面S1經由焊料140而電性接觸於半導體晶片130。據此，本實施例的第一接觸面S1相較於底面BS的其他區域需具備上述粗糙度所述之值，以利於熔融後的焊料140能被集中於第一接觸面S1的區域內。惟，本新型創作並未對此設限，第一電極110(或第二電極120)與焊料140的接觸面積需視實際情形，例如半導體晶片130的尺寸或二極體100的尺寸等需求而定；又基於加工良率和成本考量，即使第一接觸面S1小於底面BS，仍可使整個底面BS均為Ra值在1.0μm至4.5μm之間的粗糙面，藉由粗糙 面之粗糙度、焊料量、焊接溫度與時間等參數的控制設計，同樣可讓焊料140集中於第一接觸面S1的範圍內，而達到本創作的技術效果。

於上述實施例中，第一電極110和第二電極120的材料為導電金屬材料，例如銅，並以電鍍或化學鍍方式鍍上鎳層以保護銅殼。焊料140例如為鉛錫或鉛銀焊料，然實際應用上不限於此，本領域技術人士當可使用各種適當的焊接材料來結合第一電極110、半導體晶片130與第二電極120，又依據不同的焊接材料性質，當可藉由設計所述粗糙面的粗糙度值來控制焊料的流動速度和範圍。

綜上所述，在本新型創作的上述實施例中，第一電極與第二電極的至少其中之一是以均勻的粗糙面而與熔融焊料相互接觸，如此便能在焊接的過程中控制焊料與第一接觸面及第二接觸面的附著狀態，因而避免接觸面為光滑表面而影響熔融狀焊料的內聚力所造成無法控制的情形發聲。再者，能讓熔融焊料因粗糙面而被受控於特定區域，亦代表能有效控制焊料冷卻後的品質，亦即避免焊接過程中可能產生的氣孔而得以有效強化焊接結構，進而提高二極體的整體結構強度。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧二極體

110‧‧‧第一電極

112‧‧‧側牆結構

120‧‧‧第二電極

122‧‧‧凸部

130‧‧‧半導體晶片

140‧‧‧焊料

BS‧‧‧底面

S2‧‧‧第二接觸面

Claims (17)

1. 一種二極體，包括：一第一電極；一第二電極；一半導體晶片，配置在該第一電極與該第二電極之間；以及多個焊料，分別配置在該第一電極與該半導體晶片間，及該第二電極與該半導體晶片之間，以使該第一電極、該第二電極與該半導體晶片藉由該些焊料而相互電性導通，其中該第一電極以一第一接觸面接觸該焊料，而該第二電極以一第二接觸面接觸該焊料，且該第一接觸面與該第二接觸面的至少其中之一為粗糙面。
2. 如申請專利範圍第1項所述的二極體，其中該粗糙面的中心線平均粗糙度(Ra)為1.0μm以上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的二極體，其中該粗糙面的中心線平均粗糙度為1.0μm至3.0μm之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的二極體，其中該粗糙面的中心線平均粗糙度為1.0μm至4.5μm之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的二極體，其中該第一電極為一杯狀基座，該第一接觸面為該杯狀基座之一底面的至少局部。
6. 如申請專利範圍第5項所述的二極體，其中該底面的中心線平均粗糙度為1.0μm至4.5μm之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述的二極體，其中該二極體為設置在車用發電機上的整流二極體。
8. 一種電極結構，適用於一整流二極體，該整流二極體具有一半導體晶片，該電極結構包括：一基座，該半導體晶片適於藉由一焊料而接著於該基座上，其中該基座以一第一接觸面經由該焊料而與該半導體晶片電性連接，且該第一接觸面為中心線平均粗糙度(Ra)1.0μm以上的粗糙面。
9. 如申請專利範圍第8項所述的電極結構，其中該第一接觸面的中心線平均粗糙度為1.0μm至3.0μm之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述的電極結構，其中該第一接觸面的中心線平均粗糙度為1.0μm至4.5μm之間。
11. 如申請專利範圍第8項所述的電極結構，其中該基座具有一底面，該第一接觸面為該底面的至少局部。
12. 如申請專利範圍第11項所述的電極結構，其中該底面的中心線平均粗糙度為1.0μm至4.5μm之間。
13. 如申請專利範圍第8項所述的電極結構，還包括：一導線電極，適於藉由另一焊料而與該半導體晶片接著，以使該半導體晶片位於該導線電極與該基座之間，且該基座與該導線電極藉由該些焊料而與該半導體晶片電性連接。
14. 如申請專利範圍第13項所述的電極結構，其中該導線電極以一第二接觸面經由該焊料而接著於該半導體晶片，且該第二接觸面為粗糙面。
15. 如申請專利範圍第14項所述的電極結構，其中該第二接 觸面的中心線平均粗糙度為1.0μm以上。
16. 如申請專利範圍第14項所述的電極結構，其中該第二接觸面的中心線平均粗糙度為1.0μm至3.0μm之間。
17. 如申請專利範圍第14項所述的電極結構，其中該第二接觸面的中心線平均粗糙度為1.0μm至4.5μm之間。