高压大功率碳化硅二极管封装结构及封装工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种二极管封装结构及封装工艺，具体是一种高压大功率碳化硅二极 管封装结构及封装工艺，属于陶瓷外壳二极管封装技术领域。
【背景技术】
[0002] 碳化硅肖特基二极管反向恢复时间为零，开关速度可到1MHz，因为其独特的势皇 结构容易实现上万伏的高反压。目前国内院所已开发出电压10kV，电流IOA的碳化硅肖特 基二极管，但是，由于产品的高压、大电流等特殊性能，无法直接应用传统二极管的封装结 构，需要面临以下几个封装难题。
[0003] 變二极管芯片尺寸在10_x IOmm左右，芯片面积较大，要解决焊接可靠性的问 题；·:!)传统的塑封材料不能胜任高压应用，在IOkV的反压下芯片的反向漏电约在50微安， 但是环氧塑料封装引起的漏电已经远大于芯片漏电，而且，塑封材料的吸湿性会导致漏电 逐渐变大，降低长期可靠性；谊在IOA电流下，芯片正向电压约为3V，损耗功率约为30W，普 通的轴向引线封装主要靠铜引线散热，无法耗散较大的损耗，导致芯片工作温度较高，降低 产品可靠性。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明提供一种高压大功率碳化硅二极管封装结构及封装 工艺，解决现有技术中的芯片焊接可靠性低、塑料封装漏电大、耗散损耗低的问题，提高产 品的可靠性。
[0005] 为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压大功率碳化硅二极 管封装结构，包括外壳、位于外壳内的一个或者多个串联在一起的芯片以及连接于外壳两 端的引线，所述外壳是陶瓷外壳，芯片焊接于陶瓷外壳的内底面，芯片的两侧各设有一导 带，外壳两端的引线均焊接在导带上，其中一个导带上焊接有过渡片，过渡片与芯片电极之 间通过键合丝完成电连接。
[0006] 本发明所述高压大功率碳化硅二极管封装结构，所述导带为烧结在外壳底部的一 层高电导率银浆料。导带可以实现电连接，且具有很低的线电阻。
[0007] 本发明所述高压大功率碳化硅二极管封装结构，芯片的两极之间填充高绝缘电阻 灌封胶。因为空气的湿度、成分等不确定性使空气的击穿电压很难估算，给二极管的可靠性 造成了隐患，所以要在芯片两极之间填充高绝缘电阻灌封胶以保证足够的、稳定的绝缘强 度。
[0008] 本发明所述高压大功率碳化硅二极管封装结构，所述引线为直径Imm的无氧铜引 线，并且采用模具成形方法直接在引线末端做出半圆弧形内引线，引线末端焊接在导带上， 两条引线最大总长度为60mm，线电阻R=P L/s=L 75X10 8X0.0 6八3· 14X0. 0012 + 4)=1· 4 毫欧姆；所述键合丝采用两根直径为的〇. 25mm纯铝丝并联，电阻为2. 5毫欧姆，导带线电阻 经测量为1毫欧姆，所以总线电阻约为5毫欧姆。线电阻小，线路损耗小，可以减小二极管 正向电压，降低发热损耗。
[0009] 本发明所述高压大功率碳化硅二极管封装结构，所述外壳的材料为滑石瓷。因为 滑石瓷玻璃含量较高，强度高，绝缘电阻高，具有一定的疏水性，可以解决塑料封装漏电量 大、可靠性低的问题。
[0010] 本发明还公开了一种高压大功率碳化硅二极管的封装工艺，包括以下步骤：1)外 壳底板导带印刷；2)导带烧结；3)引线烧结；4)芯片、过渡片真空焊接；5)键合丝键合；6) 灌装、封盖。
[0011] 本发明所述高压大功率碳化硅二极管的封装工艺，芯片、过渡片真空焊接时在真 空焊接炉进行，炉腔内充氮气进行保护，防止芯片背面银层、焊盘、焊片氧化，保证焊料熔化 后与接触面润湿性良好；焊料熔化后抽真空，消除焊接空洞；冷却阶段控制冷却速率，避免 焊料内部重新结晶成大的晶枝，使晶粒尽量细小，从而保证焊接强度。
[0012] 本发明所述高压大功率碳化硅二极管的封装工艺，键合丝键合时采用超声键合工 -H- 〇
[0013] 本发明所述高压大功率碳化硅二极管的封装工艺，灌装时采用真空灌封工艺，并 且在灌封前对搅拌后的灌封胶进行真空脱气。
[0014] 本发明所述高压大功率碳化硅二极管的封装工艺，所述导带印刷采用两次印刷工 艺，第一次印刷银钯导体，第二次印刷纯银导体。
[0015] 本发明的有益效果：本发明所述高压大功率碳化硅二级管采用陶瓷外壳封装，陶 瓷强度高，绝缘电阻高，且具有一定疏水性，漏电小，可以解决塑料封装漏电量大、可靠性低 的问题，提高二极管的长期可靠性；芯片采用真空焊接技术，可以避免接触区空洞的产生， 空洞减少可以降低芯片散热的热阻，并且提高芯片与外壳之间的剪切力，避免芯片在键合 压力的作用下破裂；通过铜引线、银导带、多根粗键合丝传导电流，线路损耗小，减小二极管 正向电压，降低发热损耗；芯片热量通过大面积壳底直接散出，热阻小，可以耗散较大的损 耗，降低芯片工作温度，提高产品可靠性。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明所述二极管封装结构的示意图； 图2为图1的A-A剖视图； 图3为图1的B-B剖视图； 图4为本发明的工艺流程图； 图中：1、外壳，2、芯片，3、引线，4、导带，5、过渡片，6、键合丝。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明和限定。
[0018] 如图1、2、3所不，一种高压大功率碳化娃二极管封装结构，包括外壳1、位于外壳1 内的芯片2以及连接于外壳1两端的引线3,所述外壳1是陶瓷外壳，芯片2焊接于陶瓷外 壳1的内底面，芯片2的两侧各设有一导带4,外壳两端的引线3均焊接在导带4上，其中一 个导带4上焊接有过渡片5,过渡片5与芯片电极之间通过键合丝6完成电连接。
[0019] 本实施例中，所述外壳1为一长方体形陶瓷外壳，芯片2通过焊片直接焊接在陶瓷 外壳1的内底面。这样，芯片2通过陶瓷外壳1直接散热，热阻小，经测试热阻为2°C /W。
[0020] 本实施中，所述芯片2的数量为1个。如果要提高二极管的电压，可以采用多个芯 片2串联，例如3个IOkV的芯片2串联在一起，可以将二极管的耐压提高到30kV。
[0021] 本实施例中，所述导带4为烧结在外壳1底部的一层高电导率银浆料。导带可以 实现引线与芯片的电连接，且具有很低的线电阻。
[0022] 本实施例中，芯片2的两极之间填充高绝缘电阻灌封胶，具体为兼顾高绝缘强 度和高热导率的RTVS49型双组份硅橡胶。原因为：在均匀电场，气压为0.098MPa、温度 为20°C、两极间距离大于0.1 cm的条件下，干燥空气击穿电压与极间距离保持以下关系： 1^=30(?+1.35，式中：叼为空气击穿电压，单位1^;8为电极间距离，单位〇11。
[0023] 所以，如果在空气中，极间电压为IOkV时，理论安全间隙为2. 88mm，但是考虑空气 的湿度、杂质、和电场的不均匀性后，安全间隙很难估算。
[0024] 空气的湿度、成份等不确定性使得空气的击穿电压很难估算，所以，在两极之间填 充高绝缘电阻灌封胶可以保证足够的、稳定的绝缘强度。我们选择了兼顾高绝缘强度和高 热导率的RTVS49型双组份硅橡胶来填充电极间隙。其绝缘电阻率为5 X IO14 Ω . C