专利名称：半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力半导体技术领域，特别涉及一种包括门极换流晶闸 管的半导体器件。
技术背景集成门才及换流晶闸管(Intergrated Gate Commutated Thyristors, IGCT)是一种用于电力电子装置中的全控型电力半导体器件。它是由门极换流 晶闸管(GCT,也称为门控晶闸管)与门极控制单元一体化连接构成的 器件。通常情况下，门极控制单元位于印刷电路板上，GCT通过印刷电 路板上的接口电路与门极控制单元实现连接。在公开号为CN1292150A的中国专利申请文件中，公开了 一种控制的 门控晶闸管及其与印刷电路板连接组成的半导体器件(在所述专利申请 文件中称为组件)。图l为所述的中国专利申请文件所公开的门控晶闸管 的其中 一 个实施例的横截面图。请参考图1,该门控晶闸管包括外壳30以及设置于外壳30中的半导体 衬底31,半导体衬底31置于两个钼圓片32之间。在所述外壳30中还设置 有一个阳极33、 一个阴极34和一个环形门极引线35,该门极引线35突出 于所述外壳30。其中，环形辅助阴极引线36用来接通一个辅助阴极，该 辅助引线36突出于外壳30。为了将图1所示的门控晶闸管与图2所示的印刷电路板1上的控制电 路连接，在印刷电路板上设置有安装孔，该安装孔可以由两个半圆形槽 IO，组成，在该半圆形槽周围的电路板l的表面设置有金属化的接触面ll 和定位孔13。连接时，晶闸管3插入所述的安装孔中，使门极引线35与辅 助阴极引线36分别与所述安装孔边缘两侧的印刷电路板1上的接触面连 接，从而使得门控晶闸管与印刷电路板l上的控制电路(例如门极控制单 元)2连接。然而，再将上述的由门极换流晶闸管及印刷电路板组合形成的半导 体器件时，门极换流晶闸管需要通过旋转方式旋入所述安装孔；或者将门极换流晶闸管安装于其中 一个半圆形槽，后，再将另外一个两个半圆形 槽与前一个半圓形槽对接，这使得上述半导体器件的组装较为复杂，不易维护。在组装或拆卸时也容易损坏门极换流晶闸管的门极引线和/或辅助阴极引线。发明内容本发明提供一种半导体器件，本发明的半导体组件组装筒单，易于 维护，且安装、拆卸过程中不易损坏门极换流晶闸管的门极引线和/或 辅助阴极引线。本发明提供的 一 种半导体器件，包括门极换流晶闸管和印刷电路板；其中所述门极换流晶闸管包括阳极端、阴极端、所述阳极端和阴极 端之间的管壳以及由所述管壳外壁引出的门极引线；所述门极引线具有 安装面；所述印刷电路板包括安装孔，在所述安装孔周围的印刷电路板的一 侧具有与所述门极换流晶闸管的门极引线安装面相应的第一接触电极；所述门极换流晶闸管插入所述印刷电路板的安装孔中，并使门极引 线的安装面与所述印刷电路板上的第 一接触电极接触；其中，所述门极换流晶闸管还包括由所述管壳外壁引出的且与所述 阴极端电连接的阴极引线；所述安装孔的周围、与所述第一接触电极同侧印刷电路板上还具有 第二接触电极；所述阴极引线具有安装面，且所述阴极引线的安装面与所述第二接 触电扨j妄触。可选的，所述管壳呈圓筒形；所述门极引线沿垂直于管壳外壁的方向引出，并向外延伸；所述阴极引线由所述管壳外壁引出后向接近所述门极引线的安装 面所在平面的方向弯折，并在与所述门极引线的安装面所在平面交界处 向远离所述管壳方向弯折。可选的，所述门极引线的安装面和阴极引线的安装面在沿环绕管壳方向被分成复数个扇段和切口 ；所述门极引线的扇段和阴极引线的扇段分别嵌入阴极引线和门极引线的切口中，形成交错排布；相邻的门极引线的扇段和阴极引线的扇段之间未接触。可选的，所述扇^:的形状为矩形、梯形或扇形。可选的，所述门极换流晶闸管的阴极端的端面伸出所述印刷电路板 的表面之外。可选的，还包括紧固结构，用于将所述门极引线晶闸管固定安装于 所述印刷电^各板上。可选的，所述紧固结构包括具有凹槽的压条、所述印刷电路板上与 所述凹槽位置相应的过孔以及固定销；所述压条部分按压于所述印刷电路板上，部分按压于所述门极引线 和阴极引线上；且所述凹槽与过孔对准；所述固定销穿过所述过孔并插 入所述压条的凹槽中。可选的，所述门极引线和/或阴极引线上具有定位孔；在所述印刷 电路板与所述定位孔相应位置具有定位槽；定位销穿过所述定位孔并插 入所述定位槽中。可选的，在所述门极引线、阴极引线和压条之间具有绝缘条。可选的，所述绝缘条与所述定位销一体成型。可选的，所述紧固结构包括门极3)线和/或阴极引线上的定位孔、 所述印刷电路板上的与所述定位孔相应位置的过孔以及固定销；所述固定销穿过所述过孔并插入所述定位孔中。与现有技术相比，本发明上述技术方案的其中 一个至少具有以下优点半导体器件的门极换流晶闸管阴极引线与门极引线在引出管壳之 后，具有如下的分布该分布使所述门极换流晶闸管安装于印刷电路板 之后，所述门极引线的安装面与阴极引线的安装面位于印刷电路板的同侧；也即所述的安装面能够直接贴附于印刷电路板上的相应的接触电极的维护与更换更加容易；上述技术方案的其中 一个至少具有以下优点半导体器件的门极换流晶闸管的阴极引线由所述管壳引出后，向门 极引线的安装面方向弯折，使得阴极引线的安装面远离阴极端，这可使 在所述门极换流晶闸管在安装于印刷电路板后，阴极端可突出所述印刷 电路板所在表面之外，便于该阴极端端面与散热装置直接和充分接触， 有利于散热，可提高半导体芯片工作的稳定性；上述技术方案的其中 一个至少具有以下优点半导体器件的门极换流晶闸管的门极引线和阴才及引线的安装面位 于印刷电路板的同 一侧，可以以平贴方式将门极换流晶闸管安装于印刷 电路板，使所述门极引线和阴极引线与所述印刷电路板上的接触电极一 一对准，并可以釆用定位孔引导对准，然后可以通过紧固结构固定，安 装维护较为筒单，且使得后续的元件的更换维修更为方便。
图1为现有的一种门控晶闸管的横截面图示意图；图2为现有的一种具有控制电路的用于安装图1所示的门控晶闸管 的印刷电路板的俯视图；图3和图4为本发明的半导体器件的第一实施例中的门极换流晶闸 管的轴侧图；图5为本发明的半导体器件的第一实施例中的门极换流晶闸管的剖 面示意图；图6为本发明的半导体器件的第一实施例的部件分解图； 图7本发明的半导体器件的第一实施例中的印刷电路板的俯视图； 图8为本发明的半导体器件的第 一 实施例的接口部分剖面示意图； 图9和图10为本发明半导体器件的第二实施例接口部分的剖面示 意图；图11为本发明的半导体器件的第二实施例的印刷电路板的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是 本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员 可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公 开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时， 为便于说明，表示结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述 示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制 作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。实施例一图6为本发明的半导体器件的第一实施例的部件分解图。图3和图 4为本发明的半导体器件的第一实施例中的门极换流晶闸管的轴侧图。 图5为本发明的半导体器件的第 一实施例中的门极换流晶闸管的剖面示 意图。图7为本发明的半导体器件的印刷电路板的部分的俯视图。请参考图6,半导体器件包括门极换流晶闸管100以及印刷电路板300。请参考图3、 4和图5,门极换流晶闸管100包括阳极端103、阴极 端101以及所述阳极端103和阴极端101之间的管壳105。门极换流晶 闸管100还包括位于所述管壳105侧壁的靠近阳4及端103的端部、且伸 出所述管壳105侧壁的坪接裙边104;在所述阳极端103、阴极端101 和管壳105之间具有半导体芯片113。在本实施例中，所述阳极端103和阴极端101分别位于所述半导体 芯片113两个相对的端部，并与所述的半导体芯片113电连4妻。所述阳极端103和阴极端101具有圓形端面，通过增大该端面的面 积，可以提高散热能力。所述管壳105呈圆筒形，环绕在所述半导体芯片113的侧壁。通过所述的阳极端103、阴极端101以及管壳105将所述半导体芯片113密封。所述管壳105为绝缘材料，例如可以是陶瓷材料。所述管壳105可 以具有平滑或粗糙的表面；在其上也可以具有梳状凸起107。所述梳状 凸起107可以延长爬电距离，提高安全系数。当然，所述的阳极端103、阴极端101、半导体芯片113以及管壳 105并不限于上述的形状、分布和结构，其也可以是其它形式，这里不 再一一描述。在所述阳极端103和阴极端101之间的管壳105中引出有门极引线 111和阴极引线109。所述门极引线111 一端连接至半导体芯片113,另一端延伸出所述 管壳105。所述门极引线111具有与印刷电路板连接的安装面112。该 安装面112用于与印刷电路板上相应的接触电极相接触。所述阴极引线109与所述阴极端101连接，该阴极端109也具有与 印刷电路板连接的安装面110。该安装面110用于与印刷电路板上相应 的接触电极相接触。所述阴极引线109与所述门极引线lll在引出所述管壳105之后， 具有如下的分布该分布使所述门极换流晶闸管IOO安装于印刷电路板 之后，所述门极引线111的安装面112与阴极引线109的安装面110位 于印刷电路板的同侧。也即所述安装面112与110能够直接贴附于印刷 电路板上相应的接触电极上。以这种方式设计的阴极引线109与门极引 线111可简化安装步骤，并使后续的维护与更换更加容易。例如，在本实施例中，所述门极引线111沿垂直于管壳105的外壁 的方向引出后，向外延伸。所述阴极引线109由所述的管壳105外壁引 出后，向接近于所述门极引线111的安装面112所在平面方向的方向弯 折，弯折角度小于或等于90度，并在与所述安装面112所在平面交界 处向远离所述管壳105外壁的方向弯折。所述门极引线111的安装面112和阴极引线109的安装面109在环 绕管壳105的方向被分成复数个扇段和切口 ，如图3和图4所示。例如 本实施例中扇段数为30个，当然还可以是其它数目。所述扇段可以均 匀分布，也可以随机分布。所述扇段的形状可以是矩形、梯形或扇形。 设计所述扇段形状以及分布时，要尽可能的增大如图5中所示的安装面 112和109的面积，从而减小门极引线111与阴极引线109在与印刷电 路板安装后的接触电阻，并减小接口处的分布电感。请继续参考图3和图4,所述门极引线111的扇段和阴极引线丄09 的扇段分别嵌入阴极引线109的切口和门极引线111的切口中，形成交 错分布。当然，也可以一个切口中有多于一个的扇段，这里不再详述。 但相邻的门极引线111的扇段和阴极引线109的扇段之间未接触，以防 止短路。本实施例中，所述的门极引线111的扇段和阴极引线109的扇段环 绕在管壳105外壁周围，其端部的轮廓线可以为多边形、圓形或椭圆形。 安装面112和IIO平面朝向基本相同，并基本处于一个平面之内，例如， 朝向可以相同，安装面112与IIO共面，如图5所示。当然，所述安装面112和IIO也容许在误差范围内或由于其它原因 未处于同一平面，但应当满足在将门极换流晶闸管IOO安装于印刷电路 板时，安装面112和IIO位于印刷电路板的同侧这一条件。此外，所述阴极引线109与所述门极引线111的端部可以不伸出所 述焊接裙边104最外侧之外；例如，本实施例中，所述的端部未伸出所 述梳状凸起107之外。这一设置可使该门极换流晶闸管在封装时能够兼 容可沖入氮气保护的冷压焊管壳封装方案，使制造成本下降。沖入的氮 气可保障半导体芯片113的可靠性。此外，在所述门极引线111和/或阴极引线109的扇段上还可以具有 定位孔114,请参考图3。所述定位孔114用于插入定位销，在该门才及 换流晶闸管IOO安装于印刷电路板时，使门极引线111和阴极引线109 与相应的印刷电路板上的接触电极对准，可防止门极换流晶闸管的旋转 而使门极引线111和阴极引线109与接触电极反接而损坏。此外，该定位孔114中还可以插入固定销，在定位的同时，使得门极换流晶闸管100 可固定于印刷电路板。此夕卜，所述门极引线111的安装面112和阴极引线109的安装面110 也可呈半圓环形对称分布于所述管壳105外壁，所述阴极引线109与门 极引线111之间有间隙。该设计可提高阴极引线109与门极引线111安 装面112和IIO的面积，有利于减少接触电阻。此外，也使门极换流晶 闸管IOO与印刷电路板的安装时对准精度降低，安装和维护更加容易。 此外，相对于多个扇段的门极引线111和阴极引线109,该面积增大， 可提高门极引线111和阴极引线109的强度，不宜损坏门极换流晶闸管 100。上述的实施例的门极换流晶闸管100，在阴极引线109由所述管壳 105引出后，向门极引线111的安装面方向弯折，使得阴极引线109的 安装面IIO远离阴极端，这可使在所述门极换流晶闸管IOO在安装于印 刷电路板后，阴极端101可突出所述印刷电路板所在表面之外，便于该 阴极端101端面与散热装置直接和充分接触，有利于散热，可提高半导 体芯片113工作的稳定性。所述印刷电路板300的俯视图如图7所示，在所述印刷电路板300 上具有安装孔302,其中，所述安装孔302的形状与所述门极换流晶闸 管IOO的阴极端101 (参见图5)的端面形状相适应，开口内径略大于 所述阴极端101的端面的直径，以使所述安装孔302能够容纳所述门极 换流晶闸管IOO的阴极端101。当然，在另外的实施例中，所述安装孔 302的开口内径与形状还可以与所述门极换流晶闸管的阳极端相适应， 以容纳该阳极端，这里不再赘述。在所述印刷电路板300上还具有控制 电路(图未示)。所述安装孔302的周围的印刷电路板的一侧具有与所述门极换流晶 闸管100的门极引线111的安装面112相应的第一接触电极(图未示)； 在该安装孔302的周围、与所述第一接触电极同侧印刷电路板上还具有 第二接触电极(图未示)。所述第一接触电极的分布与所述安装面112 相对应，第二接触电极的分布与所述安装面IIO相对应。请参考图6所示的分解图，所述门极换流晶闸管100的阴极端101 可插入所述印刷电路板300的安装孔302中，使所述门极引线111的安 装面112和阴极引线109的安装面IIO分别与所述第一接触电极和第二 接触电极相接触。所述阴极端101的端面可以伸出所述印刷电路板300 的表面之外，使得在该半导体器件工作时，该阴极端101的端面可以直 接与散热装置接触，有利于散热，同时有利于对现场机组中的元件进行 更换维修。所述门极换流晶闸管100与印刷电路板300形成的半导体器件还可 以包括紧固结构，用于将门极换流晶闸管100与印刷电路板300固定。在其中的一个实施例中，所述紧固结构包括具有凹槽的压条301 、 位于所述印刷电路板300上与所述压条301的凹槽位置相应的过孔303 以及固定销308,请参考如图6所示的分解图。请参考图8所示的包括门极换流晶闸管与印刷电路板的半导体组件 的第 一实施例的接口部分的剖面示意图，门极换流晶闸管安装于所述印 刷电路板300上时，所述压条301部分按压于所述印刷电路板300上， 且所述压条301的凹槽(未标示)与过孔303 (如图7所示)对准；所 述压条301部分按压于所述门极引线111和阴极引线109。所述固定销 308穿过所述过孔303并插入所述压条301的凹槽中。所述固定销308 上可以具有螺紋，通过旋入方式插入所述过孔303以及凹槽，使所述印 刷电路板300及门极换流晶闸管100固定在一起。此夕卜，在所述门极引线111和/或阴极引线109上还可以具有定位孔 (未标示)，在所述印刷电路板300与所述定位孔相应位置具有定位槽 307 (如图7所示)，定位销310穿过所述定位孔并插入所述定位槽307 中。此外，在所述门极引线111以及阴极引线109和压条301之间还可 以具有绝缘条304。所述绝缘条304用于隔离所述门极引线111以及阴 极引线109和压条301。这是由于所述压条301可以使用金属材质，为 避免短路，故而引入所述的绝缘条304。其中，所述绝缘条304可以和 定位销310—体成型。上述的半导体器件的第一实施例中，门极换流晶闸管的门极引线和 阴极引线的安装面位于印刷电路板的同侧，可以以平贴方式将门极换流 晶闸管安装于印刷电路板，并使所述门极引线和阴极引线与所述印刷电 路板上的接触电极——对准，还可以采用定位孔引导对准，然后可以通 过紧固结构固定，安装维护较为简单，且使得后续的元件的更换维修更 为方^f更。实施例二如图9和图IO所示，所述紧固结构也可以包括门极引线111和/或 阴极引线109上的定位孔(未标示)、所述印刷电絲4反300上与所述定 位孔相应位置的过孔以及固定销308,在所述门极引线111和阴极引线 109上的定位孔中交替插入定位销310(如图10所示)和固定销308(如 图9所示)，在印刷电路板300与所述定位孔相应的位置具有如图11所 示的过孔303和定位槽307,定位销310和固定销308穿过相应的过孔 303和定位槽307。此外，在所述压条301和门极引线111以及阴极引线109之间也可 以具有绝缘条304。这里不再详细赘述。所述第二实施例的其它方面与第 一 实施例相同，这里不再赘述。此外，所述紧固结构也可以包括门极引线和/或阴极引线上的定位 孔、所述印刷电路板上与所述定位孔相应位置的过孔以及固定销。所述 固定销穿过所述过孔以及所述定位孔，其中，所述固定销兼具定位与固 定的作用。上述的半导体器件中，所述门极换流晶闸管的门极引线和阴极引线 的安装面在印刷电路板的同侧与印刷电路板的接触电极接触，使得半导 体组件在安装、维护中装配、拆卸较为容易。部件更换也较为简单。应当说明的是，上述的实施例中对一些细节的描述不应当成为对权 利要求的范围的限制，本领域技术人员根据上述实施例的教导可做出适 当的修改、删除、变更和替换。例如，所述的半导体器件中的门极换流 晶闸管的门极引线和阴才及引线由所述管壳引出后的形状也可不限于上述实施例所述的方式，还可以有其它方式；只要半导体器件门极换流晶闸管引出后的形状能够满足在该门极换流晶闸管安装于印刷电路板上 时，门极引线和阴极引线的安装面位于印刷电路板的同侧的方式均应包 含在本发明的权利要求的保护范围之内。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明， 任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能 的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的 范围为准。
权利要求
1、一种半导体器件，包括门极换流晶闸管和印刷电路板；其中所述门极换流晶闸管包括阳极端(103)、阴极端(101)、所述阳极端(103)和阴极端(101)之间的管壳(105)以及由所述管壳(105)外壁引出的门极引线(111)；所述门极引线(111)具有安装面(112)；所述印刷电路板包括安装孔(302)，在所述安装孔(302)周围的印刷电路板的一侧具有与所述门极换流晶闸管的门极引线(111)安装面(112)相应的第一接触电极；所述门极换流晶闸管插入所述印刷电路板的安装孔(302)中，并使门极引线(111)的安装面(112)与所述印刷电路板上的第一接触电极接触；其特征在于，所述门极换流晶闸管还包括由所述管壳(105)外壁引出的且与所述阴极端(101)电连接的阴极引线(109)；所述安装孔的周围、与所述第一接触电极同侧印刷电路板上还具有第二接触电极；所述阴极引线(109)具有安装面，且所述阴极引线的安装面(110)与所述第二接触电极接触。
2、 如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述管壳(105 ) 呈圆筒形；所述门极引线(111)沿垂直于管壳(105)外壁的方向引出，并向 外延伸；所述阴极引线(109)由所述管壳(105)外壁引出后向接近所述门 极引线(111)的安装面(112)所在平面的方向弯折，并在与所述门极 引线(111)的安装面(112)所在平面交界处向远离所述管壳(105) 方向弯折。
3、 如权利要求2所述的半导体器件，其特征在于所述门极引线 (111)的安装面(112)和阴极引线(109)的安装面(110)在沿环绕管壳(105)方向被分成复数个扇段和切口；所述门极引线(111)的扇段和阴极引线(109)的扇段分别嵌入阴极引线(109)和门极引线(111)的切口中，形成交错排布；相邻的门极引线(111 )的扇段和阴极引线(109)的扇段之间未接触。
4、 如权利要求3所述的半导体器件，其特征在于所述扇段的形 状为矩形、梯形或扇形。
5、 如权利要求1至4任一权利要求所述的半导体器件，其特征在 于所述门极换流晶闸管的阴极端(101)的端面伸出所述印刷电路板 的表面之外。
6、 如权利要求1至4任一权利要求所述的半导体器件，其特征在 于还包括紧固结构，用于将所述门极引线晶闸管固定安装于所述印刷 电路板上。
7、 如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于所述紧固结构 包括具有凹槽的压条(301 )、所述印刷电路板上与所述凹槽位置相应的 过孔(303 )以及固定销(308 );所述压条(301)部分按压于所述印刷电路板上，部分按压于所述 门极引线(111)和阴极引线(109)上；且所述凹槽与过孔(303 )对 准；所述固定销(308 )穿过所述过孔(303 )并插入所述压条(301) 的凹槽中。
8、 如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于所述门极引线 (111 )和/或阴极引线(109)上具有定位孔；在所述印刷电路板与所述定位孔相应位置具有定位槽；定位销(310)穿过所述定位孔并插入所 述定位槽中。
9、 如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于在所述门极引 线(111)、阴极引线(109)和压条(301)之间具有绝缘条(304)。
10、 如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于所述绝缘条(304 ) 与所述定位销(310) —体成型。
11、 如权利要求1至4任一权利要求所述的半导体器件，其特征在 于所述紧固结构包括门极引线(111)和/或阴极引线(109)上的定位孑L、所述印刷电鴻^反上的与所述定位孔相应位置的过孔(301)以及固定销(310);所述固定销(310)穿过所述过孔(301)并插入所述定位孔中。
全文摘要
一种半导体器件，包括门极换流晶闸管和印刷电路板；门极换流晶闸管包括阳极端(103)、阴极端(101)、管壳(105)以及由管壳(105)外壁引出的门极引线(111)；门极引线(111)具有安装面(112)；印刷电路板包括安装孔(302)和第一接触电极；门极换流晶闸管插入印刷电路板的安装孔(302)中，并使安装面(112)与第一接触电极接触；门极换流晶闸管还包括由所述管壳(105)外壁引出的且与阴极端(101)电连接的阴极引线(109)；安装孔的周围、与第一接触电极同侧还具有第二接触电极；阴极引线(109)具有安装面，且阴极引线的安装面(110)与第二接触电极接触。本发明的半导体组件组装简单。
文档编号H05K1/18GK101404273SQ20081021565
公开日2009年4月8日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年9月8日
发明者明 张, 彭华文, 李继鲁, 谊 蒋, 昌 邹, 陈芳林 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司