本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术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，本专利技术采用的技术方案是：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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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艺。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的有益效果：本专利技术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。附图说明图1为本专利技术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为本专利技术的工艺流程图；图中：1、外壳，2、芯片，3、引线，4、导带，5、过渡片，6、键合丝。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明和限定。如图1、2、3所示，一种高压大功率碳化硅二极管封装结构，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。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℃/W。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10kV的芯片2串联在一起，可以将二极管的耐压提高到30kV。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。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℃、两极间距离大于0.1cm的条件下，干燥空气击穿电压与极间距离保持以下关系：Uj=300B+1.35，式中：Uj为空气击穿电压，单位kV；B为电极间距离，单位cm。所以，如果在空气中，极间电压为10kV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。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5×1014Ω.CM，长期工作温度-60℃～+260℃，可以保证足够的、稳定的绝缘强度。本实施例中，所述外壳1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。所述引线3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3末端通过焊料焊接在导带上，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6采用两根直径为的本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，其特征在于：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。
【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于：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。
2.根据权利要求1所述的高压大功率碳化硅二极管封装结构，其特征在于：所述导带为烧结在外壳底部的一层高电导率银浆料。
3.根据权利要求2所述的高压大功率碳化硅二极管封装结构，其特征在于：芯片的两极之间填充高绝缘电阻灌封胶。
4.根据权利要求3所述的高压大功率碳化硅二极管封装结构，其特征在于：所述引线为无氧铜引线，引线的末端为半圆弧形，引线末端通过银焊料焊接在导带上；所述键合丝为两根并联的纯铝丝。
5.根据权利要求4所述的高压大功率碳化硅二极管封装结构，其特征在于：所述外壳的材料为滑石瓷。
6.一种权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：许为新，杨旭东，李东华，马捷，
申请(专利权)人：济南市半导体元件实验所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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