一种快恢复整流二极管模块的制作方法

文档编号:21699988
研发日期:2020/7/31

本发明涉及一种快恢复整流二极管模块。



背景技术:

随着传统元器件科研生产逐步地走向成熟,电子元器件科技正步入一新型材料、新工艺和新技术带动下的产品更新升级和深化发展,电子元器件由原来只为适应整机的小型化及其新工艺要求为主的改进,变成以满足数字技术、微电子技术发展所提出来的特性要求为主,而且是成套满足发展阶段。现在的电子设备及信息系统的体积越来越小,电路密度越来越高,传输速度也越来越快,片式化、小型化已经成为衡量电子元器件发展水平的重要标注之一。

在现有技术的,快恢复整流二极管模块中通过环氧树脂来实现引出电极的固定,这种装配方式存在着装配比较复杂,成本过高、装备不便的问题。



技术实现要素:

本发明的目的是提供是一种快恢复整流二极管模块,解决现有的快恢复整流二极管模块中通过环氧树脂来实现引出电极的固定,存在着装配比较复杂,成本过高、装备不便的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种快恢复整流二极管模块,包括紫铜底板,设置在紫铜底板上的外壳,外壳中部和紫铜底板配合构成一个腔体,位于腔体内的紫铜底板上设置有覆铜陶瓷片,覆铜陶瓷片上按快恢复模块电路设置有一组引出电极及两片芯片,外壳内壁对应各引出电极分别设置有一个导向卡孔。

进一步的,外壳左右两侧各开设有安装孔,引出电极上部设置有外接孔,引出电极位于外接孔的下方设置有易弯折槽,引出电极位于易弯折槽的下方设置有和导向卡孔适配的限位凸条;外壳为塑料件,其上一体成型的限位凸条和导向卡孔可通过过盈配合实现装卸。

为了便于装配,绕外壳中部的腔体上部内侧壁一周设置有盖板定位槽,盖板定位槽上设置有与其适配的盖板,盖板上设置有和引出电极适配的定位孔

为了减少应力,引出电极位于和覆铜陶瓷片连接位置的上部设置有弧形弯曲部。

为了减少应力,避免传统焊接方式存在的易损坏产品的缺陷,芯片和覆铜高瓷片上覆铜区域之间键合设置有铝丝。

进一步的,各芯片上的铝丝均设置有一组,位于芯片上的铝丝呈波浪状,有多个和芯片接触的接触点。

进一步的,芯片为区溶单晶,绕其上表面外边缘一周及绕门极点外圈一周均设置有钝化区,钝化区为二氧化硅、玻璃粉780℃高熔点钝化而成的区域。

进一步的,芯片绿阻焊在陶瓷片上。

进一步的,铝丝的直径为0.38mm,铝丝键合高度不高于5mm。

进一步的,键合在同一芯片裸片上的铝丝的间距在0.5mm-1mm之间;所述底板为预弯紫铜底板,陶瓷片为氮气真空焊接在底板上。

本发明的有益效果:通过在外耳内壁设置导向卡孔,装配过程中直接将引出电极通过导向卡孔进行定位固定,解决了现有的快恢复整流二极管模块中通过环氧树脂来实现引出电极的固定,存在着装配比较复杂,成本过高、装备不便的问题。限位凸条、易弯折槽的设置,可以减小装配过程中受到的外界应力影响,避免产品在装配过程中被损坏,提高产品的良率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图,图中省略了盖板。

具体实施方式

实施例,如图1所示的一种快恢复整流二极管模块,包括紫铜底板,设置在紫铜底板上的外壳1,外壳1中部和紫铜底板配合构成一个腔体2,位于腔体2内的紫铜底板上设置有覆铜陶瓷片3,覆铜陶瓷片3上按快恢复模块电路设置有一组引出电极4及两片芯片5,外壳1内壁对应各引出电极4分别设置有一个导向卡孔6。外壳1左右两侧设置有安装孔12,引出电极4上部设置有和外接孔11,引出电极4位于外接孔的下方设置有易弯折槽10,引出电极4位于易弯折槽10的下方设置有和导向卡孔6适配的限位凸条9,外壳1为塑料件,其上一体成型的限位凸条9和导向卡孔6可通过过盈配合实现装卸。导向卡孔6的宽度和引出电极4的厚度相适配。导向卡孔6为方形通孔。通过导向卡孔6和引出电极4的配合来实现固定,主要目的是替代现有产品通过环氧树脂来固定的装配方式,更加有利于环保,同时装配工序更加简单,便于操作。绕外壳1中部的腔体2上部内侧壁一周设置有盖板定位槽13,盖板定位槽13上设置有与其适配的盖板,盖板上设置有和引出电极4适配的定位孔。盖板可采用现有常见的结构形式,在此不做具体说明。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。另外,术语“包括”及其任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指,否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是,这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在,而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

以下结合图1进一步阐述本发明的构思。

一种快恢复整流二极管模块,包括紫铜底板,设置在紫铜底板上的外壳1,外壳1中部和紫铜底板配合构成一个腔体2,位于腔体2内的紫铜底板上设置有覆铜陶瓷片3,覆铜陶瓷片3上按快恢复模块电路设置有一组引出电极4及两片芯片5,外壳1内壁对应各引出电极4分别设置有一个导向卡孔6,引出电极4的上部设置有限位凸条9。

引出电极4位于和覆铜陶瓷片3连接位置的上部设置有弧形弯曲部7。引出电极4一体成型。

芯片5和覆铜高瓷片上覆铜区域之间键合设置有铝丝8。铝丝8取代传统结构中的铜片连接桥,起到连接的作用,其通过打丝机键合在芯片5、覆铜陶瓷片3上。

各芯片5上的铝丝8均设置有一组,位于芯片5上的铝丝8呈波浪状,有多个和芯片5接触的接触点。

芯片5为区溶单晶,绕其上表面外边缘一周及绕门极点外圈一周均设置有钝化区,钝化区为二氧化硅、玻璃粉780℃高熔点钝化而成的区域。克服了传统的芯片5需要设置保护胶,焊接的过程中容易损坏产品的问题。

芯片5绿阻焊在陶瓷片(指覆铜陶瓷片3)上。铝丝8的直径为0.38mm,铝丝8键合高度不高于5mm。键合在同一芯片5裸片上的铝丝8的间距在0.5mm-1mm之间;所述底板为预弯紫铜底板,陶瓷片为氮气真空焊接在底板上。

通过铝丝8键合这样的软连接方式连接芯片5裸片和覆铜区域(指覆铜陶瓷片3的覆铜区域),有效降低了芯片5收到的应力,进而解决了现有的可控通过连桥的方式进行连接,存在着应力高,易损坏芯片5,缩短使用寿命的问题。同时,现有的可控模块的芯片5通过保护胶进行保护,其耐温在200℃左右,在模块焊接过程中,容易发生损害,影响产品的质量;而本发明中采用芯片5裸片,其为区熔单晶,表面钝化采用二氧化硅、玻璃粉较高熔点(780℃以上)进行保护,模块焊接温度220℃-320℃(高温焊料)左右,在制造过程中不会对芯片5保护层起到破坏作用。

铝丝8通过打丝机打丝的方式键合在芯片5裸片和覆铜区域之间,与芯片5裸片之间的硬力更低,属于一种支架与芯片5之间的低应力设计。模块在此焊接过程中由于各种材料的膨胀系数不一致,产生很大的热应力,这种应力会导致芯片5裸片破损或减降模块的使用寿命,而我公司支架与芯片5之间为软联结(打丝工艺)的结构设计解决了此类问题,也同时解决了模块在整形和安装时芯片5受外力作用,这样大大提高了模块生产过程中的合格率和模块在使用中的寿命。

陶瓷片为氮气真空焊接在底板上。氮(n2)气体保护的二次高低温真空焊接,杂质成份均匀的焊片和铜底板,使焊接牢固且无孔洞,有效焊接面积可达99%左右,大大降低模块的热阻,提高模块能量转换效率,热疲劳强度大大增加。

覆铜区域结合陶瓷片可称为覆铜陶瓷片3。覆铜陶瓷片3(dbc)是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(al2q3)陶瓷基片表面(双面)上的特殊工艺方法。其所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能,高导热特性,优异的软钎焊性和高的附着强度,并可像pcb板一样能刻蚀出各种图形,有很大的载流能力。具体有如下的特性:1.机械应力强,形状稳定;高强度、高导热率、高绝缘性;结合力强,防腐蚀;2.极好的热循环性能,循环次数达5万次,可靠性高;3.与pcb板(或ims基片)一样可刻蚀出各种图形的结构;无污染、无公害、无环保毒性问题;4.使用温度宽-55℃~850℃;热膨胀系数接近硅,简化功率模块的生产工艺。5.dcb的热膨胀系数接近硅芯片5,可节省过渡层mo片,省工、节材、降低成本;6.减少焊层,降低热阻,减少空洞,提高成品率;优良的导热性,使芯片5的封装非常紧凑,从而使功率密度大大提高,改善系统和装置的可靠性;载流量大,100a电流连续通过1mm宽0.3mm厚铜体,温升约17℃;100a电流连续通过2mm宽0.3mm厚铜体,温升仅5℃左右;热阻低,10×10mmdcb板的热阻:0.38mm厚度陶瓷基片dcb的热阻为0.19k/w,绝缘耐压高,保障人身安全和设备的防护能力。

覆铜区域的个数、排列方式及引出电极4的排布方式不属于本发明的创新点,均可参照现有技术,因此在此不做更加详细的说明。

关于预弯紫铜底板:由于铜的膨胀系数为16.7*10-6/℃,而al2o3陶瓷dbc板的膨胀系数为7.1*10-6/℃,相互间相差将近3倍左右,高温焊接后,由于铜底板收缩尺寸较大,而al2o3陶瓷dbc板收缩尺寸较小,造成dbc板严重弯曲,从而引起焊料的塑性形变,因而它们之间产生热接触较差的面积,一旦这种效应发生,就会产生恶性循环,使热疲劳加速,最终使模块失效,为了解决铜底板与dbc板之间的焊接问题,除dbc板分割成小块与铜底板焊接和铜底板采用掺磷、镁的铜银合金外,在焊接前对铜底板进行一定弧度的预弯,这种焊接后尚存有一定弧度的焊成品,当模块压装在散热器表面时,由于压力,使模块铜底板与散热器之间有充分接触,使接触热阻大大降低,有利于模块的散热。

芯片5为区溶单晶,绕其上表面外边缘一周设置有钝化区,钝化区为二氧化硅、玻璃粉780℃高熔点钝化。模块焊接温度220℃-320℃(高温焊料)左右,在制造过程中不会对芯片5保护层起到破坏作用。普通芯片5保护胶温度200℃左右,容易被破坏。

本快恢复整流二极管模块还具备如下优点:

为适应市场及客户需求,以保证产品在通过大电流时,缩短恢复时间,以提高产品的过流能力和高频开关性能。同时,在体积受限的情况下,通过半导体基础理论研究,通过快恢复裸芯片5和dbc双面覆铜板al2q3陶瓷基片,采用高真空烧结一次性成型技术和纯铝丝8键合技术结合,达到快恢复整流二极管模块过大电流,保证性能稳定的效果。

快恢复整流二极管模块通态电流:60a~1000a,反向重复峰值电压:100~1200v,正向峰值电压<1.6v,绝缘电压>2500v。

普通快速恢复二极管系列大部分使用pn结涂硅橡胶保护的圆片,手工炉和遂道炉焊接工艺,此种工艺产品空洞率难以控制,而且pn用硅橡胶保护的整流圆片,不能可靠运行在环境温度较高的场所。普通快速恢复模块大部分还是使用陶瓷片上加铜片,铜片上焊上下钼片工艺,此种工艺芯片5阻热较大,相同模块通流能力,远小于西方同款产品,同种工况下运行,可靠性也远低于西方国家产品。

采用玻璃钝化裸芯片5耐高温达到780℃;高真空烧结炉一次性焊接,使焊接牢固且无孔洞,有效焊接面积可达99%左右,大大降低产品的热阻,提高产品能量转换效率,热疲劳强度大大增加;支架与芯片5之间低应力设计。产品在此焊接过程中由于各种材料的膨胀系数不一致,产生很大的热应力,这种应力会导致芯片5破损或减降模块的使用寿命,而我司支架与芯片5之间为软联结(键合工艺)的结构设计解决了此类问题,也同时解决了产品在整形和安装时芯片5受外力作用,这样大大提高了产品在生产过程中的合格率和产品在使用中的寿命。

该产品主要应用于电源开关、变频焊机、变频器、ups电源等工业设备上。

以上实施例并不是从限定的观点,而是从说明性的观点考虑。本发明的范围是依据权利要求范围而定,而不是所述说明而定,而且应解释为与其等同范围内的所有差异点皆包含在本发明。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进;或未经改进,将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

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