多段式双串联多晶组结构二极管元件的制作方法

本发明为多段式双串联多晶组结构二极管元件，技术内容涉及将2n个晶组分别以相应个上、下导板将各晶组导接构装成一二极管元件，让该二极管元件具备高功率、高耐压、并可弹性组装及缩小体积的特性。

背景技术：

传统二极管的封装大致分为轴式、smd、sod等，一般高压高功率元件仍以轴式封装为主，smd封装则较适一般功率元件，而sod等较小封装则较适低功率低压元件，这些封装方法已为世人所熟悉，在此不再赘述；然其轴式封装最大问题即在其元件主体太长或太高，适插件式装配制程，并不适用于小型化表面粘着装配制程及要求；传统smd、sod等封装主要是藉由上下二料架与一组晶粒做组合,但因料架高度及引脚均已固定，所以无法依不同需求随意调整晶粒组数及或层数。

近年，在表面粘着型元件制作的现有技术上，也有其他具特色的制法，例如：将欲构装元件所需的线路或导接电极分别预附于上下二电路板(基板)，再将二电路板与所欲组装的晶粒上下接合，并藉由切割作业将各单元元件切开后再将不同电极导接到同一面上，此构装方式与上述利用上下二料架与一组晶粒做组合的方式类似，但仍稍嫌繁复，且无法依不同需求随意调整晶粒组数及或层数，且一般只适用于小尺寸小功率元件上；另有利用薄膜方式在基板上制作发光二极管元件，再将基板上的元件与另一预置组合线路的基板接合，于接合后再将原基板去除，以使元件的一面电极外露，以利后续的电极导接作业，此种制程须结合晶圆制造，双基板与单机板互换及双重导接等繁复工艺，虽适合发光二极管的制造，但无法满足非发光功率元件的组装需求，与本发明直接采用(2n-1)个上下导板构装方式大不相同，且因其构装方式不能多迭层式构装，对一般功率二极管元件的构装仍嫌弹性不足。

综观上述及其他相关发明的作法，无论元件结构是双料片、双pc板、或单料片(基板)加clip或其他导电层等组合方式，均无法同时满足弹性组装、高压、高功率、小体积、降成本五位一体的需求；本发明正是为满足此需求而设计的。

技术实现要素：

本发明之目的在于提供一种多段式双串联多晶组结构二极管元件(所谓多段式双串联是指本发明的构装模式中的各晶组内的组成晶粒以串联方式组合，且在各晶组间采多段式串联方式并藉由n个下导板与(n-1)个上导板做连接组合之谓)，其构装方式不但能满足高压、高功率、缩小体积、降低成本的需求，还可以视电气特性需求弹性地扩充晶组数量及类别，各晶组的层数可依电性需求设计成相同层数或不相同层数组合，其组合的极向方向不限，亦可视空间需求调整封装组数，适合一般整流二极管或保护型二极管等元件的组合封装，更适合高功率及或高耐压整流二极管或突波抑制保护型二极管等元件的构装。

为简化第一及第二电极的制作，并直接将其建置在元件的同一面或同一侧，本发明的晶组数采偶数构装，即2n组，n≧1为整数；另为简化本发明的实施方式的示例，将以双层四晶组以下的组合作说明为主，不同电气特性的晶组弹性组合则将只作简要说明(双层四晶组以上的组合则依示例类推之)。

本发明多段式双串联多晶组结构二极管元件，包括2n个晶组，n个连接各晶组底部的下导板，(n－1)个连接各晶组顶部的上导板，二置于第1个与第2n个组晶上方的电极板(铜板或锡台等，下同省略标注)，及用于固化并保护元件结构的绝缘物质，其中n≧1为整数；其主要特征为:

2n个晶组依电气特性设计需求依序排列；

该n个下导板分别将2n个晶组自第1组起每两晶组的底部以锡材连接(即1、2组连接，3、4组连接，……,(2n－1)、2n组连接)；

该(n－1)个上导板分别置于扣除第1与第2n晶组外的(2n－2)个晶组的顶部，并自第2组起每两晶组的顶部以锡材连接(即2、3组连接，4、5组连接，……，(2n－2)、(2n－1)组连接)；

二电极板分别以锡材与第1个晶组及第2n个晶组的上方顶部电极面连结，为元件与外部电路连接的第一电极及第二电极；

第一电极及第二电极外露外，其余各部之间及其外围均填充透明或不透明绝缘物质。

其构装程序如下：

1)将n个下导板置于所设计的制具上；

2)将该2n个晶组依电气特性规划依序置于该n个下导板两端上：

该n个下导板分别将2n个晶组自第1组起每两晶组的底部以锡材连接(即1、2组连接，3、4组连接，……，(2n－1)、2n组连接)；

3)将(n－1)个上导板置于对应的晶组顶面：于该(n－1)个上导板分别置于扣除第1与第2n晶组外的(2n－2)个晶组的顶部，并自第2组起每两晶组的顶部以锡材连接(即2、3组连接，4、5组连接，……，(2n－2)、(2n－1)组连接)；

4)将二电极板分别以锡材与第1个晶组及第2n个晶组之上方顶部电极面连结；

5)将第一电极及第二电极外露外，其余各部之间及其外围均填充透明或不透明绝缘物质。

实施时，该2n个晶组的每一晶组的电性类别可以是单一性(单一类别、全单向或全双向)；也可以每一晶组内组成的个别晶粒是多类别混合组合，且可以全同向组合，也可以正、反向交错组合及将单向功能晶组与双向功能晶组组合，所有组合结构均为多段式串联结构；该2n个晶组的每个晶组均可依电性需求做垂直向调整或扩充层数，且各晶组的层数可以相同，也可依电性需求不同做不同层数及或不同类别组合，即当mi为整数，mi≧0，为各晶组的层数，i＝1～2n为各晶组的序号，若mmax为mi中的最大数值，则mmax≧mi，且mmax≧1，元件的各晶组的层数关系则以(m1,m2,m3,……,m2n-1,m2n)表示之；例如以n＝1双晶组为例，它除可(1,1)、(2,2)、(3,3)、(4,4)、…(数字大小代表迭层数，一组有两个数字代表有两个晶组)组合外，还可做(1,0)、(2,0)、…(2,1)、(3,2)、(4,3)、…等组合；n＝2四晶组，则除(1,1,1,1)、(2,2,2,2)、(3,3,3,3)、(4,4,4,4)、…(数字代表迭层数，一组四个数字代表四晶组)组合外，还可做(1,1,1,0)、(2,2.2.0)、…(2,2,2,1)、(2,2,1,1)、(2,1,1,1)、(3,3,3,2)、(3,3,2,2)、(3,2,2,2)、(4,4,4,4)、(4,4,4,3)、(4,4,3,3)、(4,3,3,3)、…等组合，依此类推；而上列的各种组合组装中，只需在较少迭层(即mi≠mmax)的晶组上加上相对厚度的铜粒等导电金属即可轻易组装，更是本发明最具弹性的特色。

上述组合中如因封装尺寸(package)限制，实际电性需求并不需要足2n个晶组组合时，则不足的晶组可以相应厚度的导电金属(如铜粒等)取代之即可，例如于上述(2,2,2,0)中的0迭层晶组的相应位置改以相应厚度的导电金属(如铜粒等)代之。

依本发明所构装的元件具备以下特色：

1)采2n组晶组构装，确保元件的二电极在同一面。

2)因采用了(2n－1)个上下导接板，可更有效散热，强化元件特性，适合高功率、高电压的整流/保护型等二极管元件的构装。

3)因直接以两端晶组的顶面加置对外导接电极板，除可简化制程，并可缩小元件的体积。

4)各元件的晶组数及各晶组的层数可依各元件的电性需求及其封装package的要求做弹性组装设计。

5)因采由独立的(2n－1)个上下导板连接2n个晶组，所以当晶组层数做变动时不必像一般的组合结构一样须同时变更或重新制作料片。

6)各元件的各晶组间可依电性需求做各种不同极向组合，亦可于各晶组中做不同类别晶粒与不同极向组合。

7)相对于一般构装制程，可有效降低成本。

由上述的多段式双串联多晶组结构的构装方式尚可推演并运用于将至少一并联组合的晶组(将二晶组并联后视为另一新晶组)与至少一单晶组的串联结构上，由此所构装的元件包含了多个单晶组的内部串联、至少二单晶组的并联而组成一新晶组、及此一新晶组与至少一单晶组的多段式串联的串并串多段式双串联多晶组结构；此结构中的下导板或上导板可视需求裸露于绝缘物质之外而当作别于第一、二电极以外的电极使用。

配合上述说明，以下列举出本创作中n≦2，层数≦2的部分实施例，并配合图式说明于后，图中的p、n表各晶组晶粒的正、负极。

附图说明

图1为本发明第一实施例采用单向双晶组(1,1)的结构示意图。

图2为本发明采用单向双晶组双迭层(2,2)的结构示意图。

图3为本发明采用单向四晶组(1,1,1,1)的结构示意图。

图4为本发明采用单向四晶组双迭层(2,2,2,2)的结构示意图。

图5为本发明第二实施例采用双向双晶组(1,1)的结构示意图。

图6为本发明采用双向双晶组双迭层(2,2)的结构示意图。

图7为本发明采用双向四晶组(1,1,1,1)的结构示意图。

图8为本发明采用双向四晶组双迭层(2,2,2,2)的结构示意图。

图9为本发明四晶组方型排列方式俯视示意图。

图10为本发明中双晶组(2,1)组合中第二晶组少一层并以铜粒取代的结构示意图。

图11为本发明中四晶组(2,2,2,1)组合中第四晶组少一层并以铜粒取代的结构示意图。

图12为本发明中四晶组(2,2,1,1)组合中第三与第四晶组各少一层并各以铜粒取代的结构示意图。

图13为本发明中四晶组(2,1,1,2)组合中第二与第三晶组各少一层并各以铜粒取代的结构示意图。

图14为本发明中四晶组(1,1,1,0)组合中第四晶组为0层并以铜粒取代的结构示意图。

图15为本发明中四晶组(2,2,2,0)组合中第四晶组为0层并以双层铜粒取代的结构示意图。

图16为本发明采用不同极向的双晶组(2,2)组合的结构示意图。

图17为本发明采用不同极向的双层四晶组(2,2,2,2)组合的结构示意图。

图18为本发明将二双层晶组并联后与另一双层晶组串联((2,2),2)组合的结构示意图。

附图标记列表：10-第一晶组；10a-新第一晶组；20-第2n晶组；11-锡材；12、22-电极板；30-下导板；31-第一下导板；32-第二下导板；33-上导板；40-绝缘物质；50-第一电极；60-第二电极；80-第二晶组；90-第三晶组；100-任一晶组；300-铜粒。

具体实施方式

如图1至图4所示，是本发明多段式双串联多晶组结构的功率型等二极管元件，n≦2，层数≦2的示例，图1为单向双晶组(1,1)的结构示意图，其中为n＝1，2n＝2，层数＝1，单向双晶组的构装，将一第一晶组10以及一第2n晶组20(第二(2n＝2，下同省略标注)晶组)配置在一下导板30之上；其中该第一晶组10及第2n晶组20(第二晶组)底面分别与一下导板30以锡材11电性连接，顶面分别设置有一电极板12、电极板22，且第一晶组10及第2n晶组20(第二晶组)的外周围以及彼此之间填充有绝缘物质40，使第一晶组10及第2n晶组20(第二晶组)顶面的电极板12、电极板22彼此绝缘隔离，以供作外部电路连接的第一电极50及第二电极60，如此，一完整的二极管元件的回路与构装即告完成；本实施例中的二个晶组的电性可以是相同类型亦可为不相同类型。

图2为单向双晶组双迭层(2,2)的结构示意图，其中为n＝1，2n＝2，层数＝2，单向双晶组的构装例，第一晶组10及第2n晶组20(第二晶组)分别为单向双迭层晶组，顶面分别与一电极板12、电极板22以锡材11连接，且彼此底面的电气连接面为不同极向，分别与一下导板30以锡材11连接，并将第一电极50、第二电极60除外的各晶组间及其外围填入绝缘物质40，一完整二极管元件回路与构装即完成。

如图3为单向四晶组(1,1,1,1)的结构示意图，其中n＝2，2n＝4，层数＝1，单向四晶组单向构装，第一晶组10与第二晶组80的底面分别与第一下导板31以锡材11连接；第三晶组90与第2n晶组20(第四晶组)底面分别与该第二下导板32以锡材11连接；第二晶组80与第三晶组90的顶面之间有一上导板33以锡材11连接；第一晶组10与第2n晶组20(第四晶组)(2n＝4)的顶面各置一电极板12、电极板22；再将第一电极50、第二电极60除外的各晶组间及其外围填入绝缘物质40后，即完成一完整二极管元件回路与构装。

如图4为单向四晶组双迭层(2,2,2,2)的结构示意图，其中n＝2，层数＝2，2n＝4，为单向双层四晶组的单向构装实施例，第一晶组10及第二晶组80底面与第一下导板31以锡材11连接；第二下导板32与第三晶组90及第2n晶组20(第四晶组)底面以锡材11连接；而上导板33则跨接于第二晶组80与第三晶组90的顶面之间并以锡材11连接；第一晶组10及第2n晶组20(第四晶组)的顶面各置一电极板12、电极板22；将第一电极50、第二电极60除外的晶组间及其外围再填入绝缘物质40，即完成一完整二极管元件回路与构装。

图5到图8所示为全部晶组皆采用双向电性功能的晶组为例，与图1到图4所示的实施例不同处，在于全部是双向电性功能的晶组构装成一具完全双向功能的二极管元件，因所有晶组及各晶组内的各个晶粒均为双向，所以组装时无须分辨各晶粒或晶组的极向，更为简易；例如：

图5对应图1，其中图5为双向双晶组(1,1)，其中n＝1，2n＝2，双向单层双晶组，除第一晶组10及第2n晶组20(第二(2n＝2)晶组)底面及顶面均为相同极向外，其第一晶组10及第2n晶组20(第二(2n＝2)晶组)顶面与二电极板12、电极板22的连接方式及第一晶组10及第2n晶组20(第二(2n＝2)晶组)的底面与下导板30的连接方式均与图1例相同。

图6对应图2，其中除第一晶组10及第2n晶组20(第二(2n＝2)晶组)底面及顶面均为相同极向，第一晶组10及第2n晶组20(第二(2n＝2)晶组)顶面与二电极板12、电极板22的连接方式及第一晶组10及第2n晶组20(第二(2n＝2)晶组)的底面与下导板30的连接方式均与图2例相同。

图7以及图8则分别对应图3及图4，除各晶组均为双向晶组的不同外，其二电极板12、电极板22分别与第一晶组10、第2n晶组20(第四晶组)(2n＝4)的顶面连接、第一下导板31、第二下导板32与各对应晶组(第一晶组10与第二晶组80、第三晶组90与第2n晶组20(第四晶组))的底面连接及一上导板33与相应的晶组(第二晶组80与第三晶组90)顶面连接的构装方法均相同，在此不再赘述。

图9为四晶组方型排列方式俯视示意图，其中n＝2，2n＝4的方形构装俯视示意图，第一晶组10、第二晶组80、第三晶组90及第2n晶组20(第四晶组)(2n＝4)以方形配置，第一电极50、第二电极60的制作、各晶组的底面与第一下导板31、第二下导板32连接及各晶组的顶面与各上导板33连接的方式与上述图7例相同，因采取方形配置方式，故将第一电极50、第二电极60并列在元件的同一侧；依此类推，只要使2n个晶组的各晶组间形成一个串联回路的构装即可。

图10到图13所示均为存有不同层数晶组的组合的示例：图10与图11为各元件组合晶组中各有一组少一层晶粒的示例，其中少一层的晶粒位置均各以一铜粒300取代之；另，图12与图13为组成晶组中各有二组晶组各少一层晶粒，而各以一铜粒300取代的示例；余依此类推。

图14、图15为不足2n个晶组的示例，图中为三个晶组与一个由铜粒300组成用以取代第2n晶组20(第四晶组)(2n＝4)的组合(四晶组(1,1,1,0)、四晶组(2,2,2,0))，构装方式与前述例相同，不再赘述；余依此类推。

图16、图17所示为不同极向晶组组合(2,2)、不同极向的双层四晶组(2,2,2,2)的示例，构装方式与前述例相同，不再赘述；余依此类推。

图18为一第一晶组10与任一晶组100并联成一新第一晶组10a再与一第2n晶组20(第二晶组)(2n＝2)串联((2,2),2)的示例((2,2)代表由二双层晶组并联所形成的一新第一晶组10a)：二双层晶组先并联(2,2)成一新第一晶组10a后再与另一双层第2n晶组20(第二晶组)所构装的((2,2),2)元件，其构装方式与前述例相同，不再赘述；余依此类推。

如同图1至图4示实施例所述，上述图5至图18示实施例，在组装完成后均需于各晶组间及其外围填充绝缘物质40，并将第一晶组10及第2n晶组20的电极板12、电极板22裸露在绝缘物质40的外部，做为与外部电路连接的第一电极50及第二电极60。

以上实施例说明及图式所示，仅为本发明的部分实施例，并非以此局限本发明的范围；举凡与发明的构造、装置、特征等近似或相雷同者，均应属本发明申请专利范围之内，谨此声明。