晶闸管模块制造技术

晶闸管模块，属于功率半导体模块制造领域。本实用新型专利技术采用了全新的芯片与信号端的连接方式，进而能简化工艺和材料，使得产品具有高可靠性和高一致性的连接结构，从而显著优化产品性能。包括底板、壳体、基板、芯片一、芯片二、电极一、电极二、电极三、信号端子Ga、信号端子Ka、信号端子Kb和信号端子Gb；两芯片的正面为阳极A，背面设有阴极K和门极G；基板的顶面印制有相互绝缘的导电块区一、导电块区二、导电块区三、导电线区一、导电线区二、导电线区三和导电线区四；本实用新型专利技术中产品一致性大大提高，可靠性也随之提高。本实用新型专利技术制得的产品原材料和工艺步骤大幅度简化，产品制造良率提升，性能和一致性显著提高，可靠性增加。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

晶闸管功率模块及其信号端子内部连接方式，属于功率半导体模块制造领域。
技术介绍
晶闸管功率模块，是将数个晶闸管芯片按照一定的拓扑功能封装在一起的集合体。一般的，在ー个功率模块里，这些晶闸管芯片的底面被焊接于绝缘基板的金属表面上。该绝缘基板使得芯片底部能够实现电气连接，同时还拥有良好的散热性能以及与散热底板实现相対的电气绝缘。芯片的上表面被金属化(一般为银材料)，可以用焊接钥片和金属连接桥的方式实现电气连接。这些功率元件在模块中会使用硅胶充分覆盖，使得元件被充分绝缘和避免环境损害。晶闸管芯片4含三个极，一般背面为阳极A41，正面为阴极K42和门极G43，结构如图8、9所示。一般地，晶闸管模块主要由晶闸管芯片(Thyristor)、覆铜陶瓷基板(DBC)、铜底板以及外壳、电极和信号线等构成。按照晶闸管模块的使用需要，在模块的内部，芯片的门极G43和阴极K42要与模块对应的信号端子分别连接，电路图如图7。芯片4与信号端常规地连接方式是芯片表面(阴极42)焊接钥片，在钥片和DBC铜箔间用连接桥5连接，然后相同DBC铜箔区域焊接高温线9的一端；高温线9的另外一端与信号端子(端子一 四24)用烙铁焊接或者电流点焊连接在一起，从而实现电气连接。另外为保证信号端固定，需要用塑料支撑架81固定住信号端，如图10。目前这种连接的方式的主要缺点有高温线9与DBC板铜箔区域51(如图10所示)的焊接是点与面的焊接，エ艺难度大。在模块封装エ艺中，此步骤是钎焊，需要将高温线9使用特殊エ装固定；高温线9的焊接端需要通过剥线，上锡等预处理；作业人员的装配步骤繁琐；另外エ艺效果不理想，即使使用真空还原环境下的钎焊，仍然有相当比例的返エ，增加工时和成本。 受材料表面的清洁状态影响很大，经常有虚焊的风险，且不易被及时发现。连接阴极的高温线与连接门极的高温线需要相互缠绕以达到消除电感的目的。且相同型号的每只产品，需要保持芯片到信号端的走线距离一致(尽管图10中显示的长度不一致，但在实际产品中，四根高温线9的长度要求一祥)。实现难度大，失效多。另外悬空无固定的高温线9容易在后续操作中被外壳压住，造成新的失效。
技术实现思路
本技术针对以上问题，提供了一种晶闸管模块；它采用了全新的芯片与信号端的连接方式，进而能简化工艺和材料，使得产品具有高可靠性和高一致性的连接结构，从而显著优化产品性能。本技术的技术方案是包括底板、壳体、基板、芯片一、芯片ニ、电极一、电极ニ、电极三、信号端子Ga、信号端子Ka、信号端子Kb和信号端子Gb ;两所述芯片的正面为阳极A，背面设有阴极K和门极G ;所述基板的顶面印制有相互绝缘的导电块区一、导电块区ニ、导电块区三、导电线区一、导电线区ニ、导电线区三和导电线区四；所述电极一、芯片ー的阳极A和所述芯片ニ的阴极K连接所述导电块区ー；所述电极ニ和所述芯片一的阴极K连接所述导电块区ニ ；所述电极三、芯片ニ的阳极A连接所述导电块区三；所述芯片一的门极G通过铝丝连接所述导电线区一，所述导电线区一再连接所述信号端子Ga ；所述芯片一的阴极K通过连接桥连接所述导电线区ニ，所述导电线区ニ再连接所述信号端子Ka ；所述芯片ニ的阴极K通过连接桥连接所述导电线区三，所述导电线区三再连接所述信号端子Kb ；所述芯片ニ的门极G通过铝丝连接所述导电线区四，所述导电线区四再连接所述信号端子Gb。所述电极一包括片状本体和连接脚，所述连接脚为双脚结构，包括连接脚一、连接脚ニ和横接部分，所述连接脚一和连接脚ニ处于所述横接部分的底部、且通过所述横接部分相连，所述横接部分的顶部连接所述本体；所述连接脚一的底面为连接面一，所述连接脚ニ的底面为连接面ニ，两所 述连接面之间形成跨度连接结构。所述连接面一和连接面ニ的面积之和，等于所述电极ニ工作面面积，等于所述电极三的工作面积。各所述信号端子底部具有S形底脚；所述S型底脚分为上C型弯和下C型弯，所述上C型弯的深度大于所述下C型弯的深度。本技术中芯片的门极和DBC铜箔中导电线区一、四间通过铝丝键合技术实现连接；芯片的阴极仍然采用常规技术引出。新的DBC设计布局(即本案中基板顶面印制的七个导电线、块区域)使得DBC铜箔(区域)间可以直接走线。信号端可以直接焊接在DBC铜箔间。这样，就实现了模块的功能需求。对比常规技术，取消了高温线，塑料支撑架等结构件；从エ艺角度说取消了高温线的预处理工艺，高温线ー端的焊接エ艺和另一端的点焊エ艺，以及高温线的缠绕步骤。本技术的技术原理1.铝丝键合技术主要应用在铝表面或金表面的芯片上，使得铝丝成为功率模块通流的载体。而晶闸管芯片为银表面，因为银会迁移，一般并不适用。但本技术克服了该技术偏见，在本技术中，键合铝丝只承担几毫安的微弱电流，虽然银迁移现象，但通过一系列可靠性认证和老化实验证明其寿命足够支撑模块是可靠的。2.DBC布局中，K极线和G极线是ー对等距离的平行的铜箔(导电线区一、导电线区ニ)，在取代高温线连接简化材料和エ艺的同时，其走线长度和方式对每只模块而言都是相同的，从而使得产品一致性大大提高，可靠性也随之提高。本技术制得的产品原材料和エ艺步骤大幅度简化，产品制造良率提升，性能和一致性显著提高，可靠性增加。附图说明图1是本技术晶闸管内部构造的结构示意图，图2是图1的左视图，图3是图1的俯视图，图4是本技术中电极ー的立体图，图5是本技术晶闸管去除壳体和硅凝胶层后的立体图一，图6是本技术晶闸管去除壳体和硅凝胶层后的立体图ニ，图7是本技术的电路原理图，图8是本技术芯片背面结构示意图，图9是本技术芯片正面结构示意图，图10是本技术
技术介绍
中内部构造的结构示意图；图中11是电极一，111是连接脚一，1110是连接面一，112是连接脚ニ，1120是连接面ニ，12是电极ニ，13是电极ニ，21是信号端子Ga，22是信号端子Ka，23是信号端子Kb，24是信号端子Gb，211是S型结构，2111是上C型弯，2112是下C型弯，3是基板，30是覆铜导电层，311是导电块区一，312是导电块区ニ，313是导电块区三，321是导电线区一，322是导电线区ニ，323是导电线区三，324是导电线区四，4是芯片，4a是芯片一，4b是芯片ニ，40是钥片，41是阳极A, 42是阴极K, 43是门极G，`5是连接桥一，6是铝丝，7是连接桥ニ，8是底板，81是塑料支撑架，9是高温线。具体实施方式本技术如图1-6所不,包括底板、壳体、基板、芯片一、芯片ニ、电极一、电极ニ、电极三、信号端子Ga、信号端子Ka、信号端子Kb和信号端子Gb ;两所述芯片的正面为阳极A，背面设有阴极K和门极G ;所述基板的顶面印制有相互绝缘的导电块区一、导电块区ニ、导电块区三、导电线区一、导电线区ニ、导电线区三和导电线区四；所述电极一、芯片ー的阳极A和所述芯片ニ的阴极K连接所述导电块区ー；所述电极ニ和所述芯片一的阴极K连接所述导电块区ニ ；所述电极三、芯片ニ的阳极A连接所述导电块区三；所述芯片一的门极G通过铝丝连接所述导电线区一，所述导电线区一再连接所述信号端子Ga ；所述芯片一的阴极K通过连接桥连接所述导电线区ニ，所述导电线区ニ再连接所述信号端子Ka ；所述芯片ニ的阴极K通本文档来自技高网...

【技术保护点】
晶闸管模块，包括底板、壳体、基板、芯片一、芯片二、电极一、电极二、电极三、信号端子Ga、信号端子Ka、信号端子Kb和信号端子Gb；两所述芯片的正面为阳极A，背面设有阴极K和门极G；其特征在于，所述基板的顶面印制有相互绝缘的导电块区一、导电块区二、导电块区三、导电线区一、导电线区二、导电线区三和导电线区四；所述电极一、芯片一的阳极A和所述芯片二的阴极K连接所述导电块区一；所述电极二和所述芯片一的阴极K连接所述导电块区二；所述电极三、芯片二的阳极A连接所述导电块区三；所述芯片一的门极G通过铝丝连接所述导电线区一，所述导电线区一再连接所述信号端子Ga；所述芯片一的阴极K通过连接桥连接所述导电线区二，所述导电线区二再连接所述信号端子Ka；所述芯片二的阴极K通过连接桥连接所述导电线区三，所述导电线区三再连接所述信号端子Kb；所述芯片二的门极G通过铝丝连接所述导电线区四，所述导电线区四再连接所述信号端子Gb。

【技术特征摘要】
1.晶闸管模块，包括底板、壳体、基板、芯片一、芯片二、电极一、电极二、电极三、信号端子Ga、信号端子Ka、信号端子Kb和信号端子Gb ;两所述芯片的正面为阳极A，背面设有阴极 K和门极G ;其特征在于，所述基板的顶面印制有相互绝缘的导电块区一、导电块区二、导电块区三、导电线区一、导电线区二、导电线区三和导电线区四；所述电极一、芯片一的阳极A和所述芯片二的阴极K连接所述导电块区一；所述电极二和所述芯片一的阴极K连接所述导电块区二；所述电极三、芯片二的阳极A连接所述导电块区三；所述芯片一的门极G通过铝丝连接所述导电线区一，所述导电线区一再连接所述信号端子Ga ；所述芯片一的阴极K通过连接桥连接所述导电线区二，所述导电线区二再连接所述信号端子Ka ；所述芯片二的阴极K通过连接桥连接所述导电线区三，所述导电线区三再连接所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周锦源，柏治国，蒋陆金，臧凯晋，
申请(专利权)人：江苏爱普特半导体有限公司，
类型：实用新型
国别省市：