[发明专利]高压大功率碳化硅二极管封装结构及封装工艺

说明书

本发明公开了一种高压大功率碳化硅二极管封装结构及封装工艺，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。所述封装工艺采用芯片真空焊接、键合丝超声键合等工艺，使该二极管强度高、漏电小、芯片工作温度低，可靠性好等优点。

技术领域

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

碳化硅肖特基二极管反向恢复时间为零，开关速度可到1MHz，因为其独特的势垒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10A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。

二极管芯片尺寸在10mm×10mm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10kV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；在10A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

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。

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。

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。

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。

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1mm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=ρL/s=1.75×10^-8×0.06/(3.14×0.001²÷4)=1.4毫欧姆；所述键合丝采用两根直径为的0.25mm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。

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。

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。

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。