大功率半导体元件的制作方法

本发明涉及一种大功率半导体元件，属于电子器件领域。

背景技术：

大功率半导体元件是用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件。大功率半导体元件包括晶闸管、gto、igct、mto以及igbt等。大功率半导体目前已广泛用于直流输电、智能电网、电力变流器以及无触点开关等领域，具有前景广阔。

目前大功率半导体元件，以晶闸管为例，其封装时采用较厚的两极管座和金属片，从而造成元件较大的厚度和重量。在直径尺寸方向由于需要采用冷压焊密封，这样会造成在元件侧面形成较大的裙边，进而更进一步加大了元件的体积。并且，目前的大功率半导体元件采用了重量较大的打垫层材料，从而增加了大功率半导体元件的总重量。然而目前设备对集成度要求较高，需要大功率半导体元件减小体积和重量。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种大功率半导体元件，其阴极组件上设置阴极导电层，阳极组件设置阳极导电层；从而代替重量较大的打垫层材料，减小了重量和体积。

本发明提出了一种大功率半导体元件，包括：

绝缘外环，

设置在所述绝缘外环下部的阴极组件，所述阴极组件下表面设置阴极导电层；

设置在所述绝缘外环上部的阳极组件，所述阳极组件上表面设置阳极导电层；

连接所述阴极组件的门极组件，所述门极组件设有伸出绝缘外环的门极引线；以及

连接所述阴极组件和阳极组件的芯片。

本发明的进一步改进在于，所述阴极组件包括：设置在绝缘外环内的阴极管座，所述阴极管座的下端与所述绝缘外环的下端密封连接；以及设置在所述阴极管座上端的阴极金属片；

所述阳极组件包括：设置在绝缘外环内的阳极管座，所述阳极管座的上端与所述绝缘外环的上端连接为同一整体；以及设置在所述阳极管座下端的阳极金属片。

本发明的进一步改进在于，所述阴极导电层包括包覆在阴极管座下表面的台面部分，以及连接所述绝缘外环的连接部分。

本发明的进一步改进在于，所述连接部分为波浪形结构的铜片。

本发明的进一步改进在于，所述阳极导电层采用的材质为铝。

本发明的进一步改进在于，所述阴极管座和阴极金属片中部设置门极安装槽，所述门极组件固定在所述门极安装槽内。

本发明的进一步改进在于，所述阳极管座上表面的中心设有凸出的定位圆台，所述阴极管座的下表面中心设有定位孔。

本发明的进一步改进在于，其特征在于，所述阴极金属片和阳极金属片均为钼片。

本发明的进一步改进在于，所述绝缘外环内充满保护气体。

本发明的进一步改进在于，所述芯片为可控硅。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述的大功率半导体元件，其阴极组件上设置阴极导电层，阳极组件设置阳极导电层；从而代替重量较大的打垫层材料，减小了重量和体积。所述绝缘外环与现有的大功率半导体元件的外壳相比，厚度方向减薄，并且在外表面没有设置裙边，大幅度减小了体积。由于减小了体积和重量，本发明所述的大功率半导体元件能够应用于对体积及重量有严格要求的场合。

本发明所述的大功率半导体元件中，阴极导电层包括台面部分和连接部分。台面部分采用的材质为铝，连接部分采用材质为铜。铝具有导电能力强、重量轻的特点，进一步减轻了元件的重量。铜材质有利于焊接密封，且应对误差及可能的膨胀变形等问题。

附图说明

在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的一个实施方案的大功率半导体元件结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、绝缘外环，2、阴极组件，3、阳极组件，4、门极组件，5、芯片，21、阴极导电层，22、阴极管座，23、阴极金属片，24、门极安装槽，25、台面部分，26、连接部分，27、定位孔，31、阳极导电层，32、阳极管座，33、阳极金属片，34、定位圆台。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的大功率半导体元件。根据本发明的大功率半导体元件，体积小、重量轻。

如图1所示，本实施例所述的一种大功率半导体元件，包括绝缘外环1。在本实施例中，绝缘外环1为圆筒形，其外壁为平整的弧形。本实施例所述大功率半导体元件还包括阴极组件2，所述阴极组件2设置在绝缘外环1的底端。其中，所述阴极组件2下表面设置阴极导电层21。本实施例所述的大功率半导体元件还包括阳极组件3，所述阳极组件3设置在绝缘外环1的下端。其中，所述阳极组件3的上表面设置阳极导电层31。优选地，所述阳极导电层31和阴极导电层21均采用导电金属材料。

本实施例所述的大功率半导体元件还包括门极组件4，所述门极组件4设置在所述绝缘外环1内，并连接在阴极组件2上。其中，所述门极组件4上设置门极引线，所述绝缘外环1的外壁上设置门极接口。所述的门极引线通过所述门极接口引出。本实施例所述的大功率半导体元件还包括芯片5，所述芯片5连接阳极组件3和阴极组件2。

在本实施例中，所述绝缘外环1与现有的大功率半导体元件的外壳相比，厚度方向减薄，从而减小了元件的体积。并且，所述绝缘外环1的外壁为平整的弧形，除去了现有的大功率半导体元件外壳表面的裙边，进一步减小了体积。阴极组件2的下表面设置阴极导电层21，阳极组件3的上表面设置阳极导电层31。采用较轻的导电材料替代目前的打垫层材料，使元件的重量大幅度降低。

在一个实施例中，所述阴极组件2包括阴极管座22。所述阴极管座22设在绝缘外环1内，所述阴极管座22的下端与所述绝缘外环1的下端密封连接。所述阴极组件2还包括设置在所述阴极管座22上端的阴极金属片23。本实施例中，所述阳极组件3包括设置在绝缘外环1内的阳极管座32，所述阳极管座32的上端与所述绝缘外环1的上端连接为同一整体。所述阳极组件3设置在所述阳极管座32下端的阳极金属片33。所述阴极金属片23和所述阳极金属片33相对设置。在一个优选实施例中，所述阴极金属片23和阳极金属片33均为钼片。具体地说，阴极金属片23为阴极钼片，阳极金属片33为阳极钼片。

在本实施例中，所述阴极钼片和阳极钼片相比于现有大功率半导体元件中的阳极金属片33和阴极金属片23，其厚度减小到现有的十分之一左右。阳极管座32和阴极管座22也同样减薄。从而减小元件的体积和重量。

在一个优选实施例中，所述阴极导电层21包括台面部分25，所述台面部分25包覆在阴极管座22下端的外表面。所述阴极导电层21还包括连接部分26，所述连接部分26连接所述阴极管座22和绝缘外环1。在本实施例中，所述连接部分26为圆环形，连接部分26的内圈连接所述阴极管座22，连接部分26的外圈连接绝缘外环1。其中，所述台面部分25采用的材质为铝，所述连接部分26采用的材质为铜。

在本实施例中，所述台面部分25采用的材质为铝。铝具有导电能力强、重量轻的特点，进一步减轻了元件的重量。连接部分26采用材质为铜，有利于焊接密封，且应对误差及可能的膨胀变形等问题。本实施例中阴极导电层21通过两个部分分别采用不同的材质，不仅减轻了重量，还能够解决焊接过程中产生的膨胀变形等问题。

在一个优选实施例中，所述连接部分26为波浪形结构的铜片。其中，所述铜片的外边缘与所述绝缘外环1的外边缘平整对齐。铜片在焊接过程中的变形裕量通过设置波浪形结构来容纳，这样就避免了铜片的裕量在安装过程中形成绝缘外环1和铜片之间的较大的裙边，从而减小了元件的体积。

在一个实施例中，所述阳极导电层31采用的材质为铝。优选地，所述阳极管座32的直径与所述绝缘外环1的外圈的直径相同。阳极管座32连接在绝缘外环1上端，并且所述阳极管座32侧壁与所述绝缘外环1的侧壁相对齐。这样，所述阳极管座32与所述绝缘外环1连接为同一整体，不需要铜片连接。阳极导电层31采用全铝的材质，减轻了元件的重量。

在一个实施中，所述阴极管座22和阴极金属片23中部设置门极安装槽24，所述门极组件4固定在所述门极安装槽24内。优选地，阴极管座22上端的中心设有圆形凹槽，在阴极金属片23的中心设置与圆形凹槽相对的通孔。这个圆形凹槽和通孔共同构成了门极安装槽24。

在一个实施例中，所述阳极管座32上表面的中心设有凸出的定位圆台34。所述定位圆台34设置在阳极管座32中间。在进行封装时，采用工装工具来夹取所述阳极管座32时，可以通过夹住所述定位圆台34进行安装。在本实施例中，所述阴极管座22的下表面中心设有定位孔27。

在一个优选实施例中，所述绝缘外环1内充满保护气体。优选地，所述保护气体为氮气或惰性气体。通过填充保护气体可以防止绝缘外环1内部的器件氧化损坏，保护器件的正常运行，从而提高了所述元件的使用寿命。

在一个实施例中，所述芯片5为可控硅。优选地，所述芯片5为环形。其包括上环形板和下环形板。所述上环形板连接所述阳极金属片33的边缘，所述下环形板连接所述阴极金属片23的边缘。通过这种方式，可以使阴极金属片23和阳极金属片33相对地设置。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。