阅读说明：本技术 一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构 (High junction temperature SiC ceramic packaging silicon stack shell structure ) 是由 张玉明 刘文辉 伍志雄 王维乐 白朝辉 于 2020-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构,管壳的内腔为三腔室结构,每个腔室内对应设置有管芯,腔室的底部设置有底板,管壳的两端分别设置有引线,一端的引线依次连接三个腔室内的管芯后与另一端的引线连接,三只管芯与底板烧结后经压焊工艺将三只管芯串联形成硅堆,管壳的上方设置有盖板,盖板与内腔之间填充有硅凝胶,形成高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构。本发明硅堆外壳结构减小了体积,提高了工作结温。(The invention discloses a high junction temperature SiC ceramic packaged silicon stack shell structure, wherein the inner cavity of a tube shell is of a three-cavity structure, a tube core is correspondingly arranged in each cavity, a bottom plate is arranged at the bottom of each cavity, leads are respectively arranged at two ends of the tube shell, the leads at one end are sequentially connected with the tube cores in the three cavities and then connected with the leads at the other end, the three tube cores and the bottom plate are sintered and then connected in series to form a silicon stack through a pressure welding process, a cover plate is arranged above the tube shell, and silica gel is filled between the cover plate and the inner cavity to form the high junction temperature SiC ceramic packaged silicon stack shell structure. The silicon stack shell structure reduces the volume and improves the working junction temperature.)

一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构。

背景技术

硅高压整流硅堆功能是以二极管单向导电特性为基础，将多个二极管进行串联，形成的倍压整流电路。

硅高压整流硅堆产品广泛应用于航天、航空、船舶、兵器、电子等国防建设的各个领域；由于产品反向耐压高，为保证电绝缘性能，硅堆器件目前主要是以环氧树脂封装为主。

随着国内对高压硅堆产品体积小型化和高结温使用的要求，采取宽禁带半导体器件替代传统的硅基器件，并在封装外形上采取陶瓷封装，替代传统硅堆采用的环氧塑封工艺。大大减小产品的封装外形。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构，在封装外形上采取陶瓷封装，替代传统硅堆采用的环氧塑封工艺。实现满足高压硅堆产品体积小型化和高结温使用的要求。

本发明采用以下技术方案：

一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构，包括管壳，管壳的内腔为三腔室结构，每个腔室内对应设置有管芯，腔室的底部设置有底板，管壳的两端分别设置有引线，一端的引线依次连接三个腔室内的管芯后与另一端的引线连接，三只管芯与底板烧结后经压焊工艺将三只管芯串联形成硅堆，管壳的上方设置有盖板，盖板与内腔之间填充有硅凝胶，形成高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构。

具体的，三腔室结构的腔体之间设置有峪口形状的隔离档。

具体的，隔离档的高度为2.3～4mm。

具体的，管芯与底板之间设置有焊料片，三个管芯之间通过高纯铝丝串联连接。

具体的，管壳的基材为96％Al₂O₃陶瓷。

具体的，管壳两端与引线的连接处为轴向波浪形结构。

具体的，管壳与盖板之间采用封焊环，通过平行封焊工艺连接形成密封结构。

具体的，底板采用CMC材料制成。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构，内部采用耐温较高的硅凝胶材料填充，以保证高温耐压性能；管芯采取真空烧结工艺，降低功耗热阻，外壳具有良好的机械强度，良好的绝缘性，良好的热传导性，便于刻蚀出各种图形。

进一步的，外壳内腔设计为三腔室结构，腔体之间采用隔离档，以确保腔体之间的形成高压电隔离。

进一步的，腔体之间采用高度为2.3～4mm的隔离档，既确高压电隔离，又便于实现跨隔离档进行压焊。

进一步的，硅堆整体是通过将二极管管芯通过高纯铝丝压焊串联，以实现高压整流电路结构。

进一步的，采用96％Al₂O₃陶瓷外壳封装，提高产品的散热能力，具有良好的机械强度，良好的绝缘性，良好的热传导性，便于刻蚀出各种图形。

进一步的，外壳两端设计为轴向波浪形，以增加硅堆整体两极间的爬电距离，确保产品的耐高压性能。

进一步的，外壳的封焊环采用4J29的可阀材料，可与盖板通过平行封焊工艺形成良好密封焊接。

进一步的，底部为CMC(铜-钼-铜)材料，以保证与96％Al₂O₃陶瓷形成良好热匹配，对CMC表面进行镀镍，确保形成与管芯的烧结及铝丝的压焊键合。

综上所述，本发明减小了体积，提高了工作结温。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为传统硅堆内部结构图；

图2为本发明硅堆工艺图，其中，(a)为主视图，(b)为，侧视图(c)为俯视图；

图3为本发明硅堆外壳结构图。

其中：1.螺纹电极；2.二极管；3.环氧树脂；4.引线；5.管壳；6.封焊环；7.底板；8.焊料片；9.高纯铝丝；10.管芯；11.盖板；12.硅凝胶。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，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。

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。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

请参阅图1，传统硅基器件两端分别设置有螺纹电极1，两个螺纹电极1之间通过21个串联连接的3A玻封二极管2连接，并在器件内部填充环氧树脂3；传统硅基器件只能在150～175℃长期工作，宽禁带半导体器件耐高温能力强、工作温度高，可在500℃长期工作。同时宽禁带半导体器件具有击穿场强高、抗辐照能力高、导通压降低，开关速度快的特点，非常适用于硅堆器件的组堆管芯。

本发明提供了一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构，鉴于产品在高温230℃环境下使用，且具有耐压高，反向恢复时间短等特点，采用SiC SBD管芯进行组堆，以保证产品的高温性能；采用陶瓷外壳封装，以提高产品的散热能力；内部采用耐温较高的硅凝胶材料填充，以保证高温耐压性能；管芯采取真空烧结工艺，降低功耗热阻。

请参阅图2和图3，本发明一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构，包括引线4、管壳5、管芯10和盖板11，管壳5的上方设置盖板11形成封闭的内腔，内腔填充有硅凝胶12，内腔为三腔室结构，每个腔室内设置有对应的管芯10，管壳5的两端分别设置有引线4，一端的引线4经高纯铝丝9依次连接三个腔室内的管芯10后与另一端的引线4连接，腔室底部设置有底板7，将三只管芯10与管壳5底部的底板7经对应的焊料片8烧结后，经压焊工艺将三只管芯10串联形成硅堆，然后将盖板11采用平行封焊工艺封装成型。

管壳5的基材为96％Al₂O₃陶瓷，具有良好的机械强度，良好的绝缘性，良好的热传导性，便于刻蚀出各种图形。

管壳5内腔三腔室结构的腔体之间采用高度为4mm的隔离档，以确保腔体之间的形成高压电隔离，腔体隔离档采用峪口形状设计，避免了外壳侧壁窄长而形变的问题。

管壳5两端设计为轴向波浪形，以增加硅堆整体两极间的爬电距离，确保产品的耐高压性能，轴向波浪形分不同直径的两段结构，将壳体的中间体积较大部分与两极的引线之间形成良好的应力过渡。

腔体底部的底板7为CMC(铜-钼-铜)材料，以保证与96％Al₂O₃陶瓷形成良好热匹配，对CMC表面进行镀镍，确保形成与管芯的烧结及铝丝的压焊键合。

管壳5的封焊环6采用4J29的可阀材料，可与盖板11通过平行封焊工艺形成良好密封焊接。

两端引线4采用铜芯可阀，既保证产品的导电能力，又确保了引线端的机械强度。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构，经过对该外壳的两极的外引线施加高压测试，测试条件为I_R＝2μA，测试两极间的V_RRM值，测试结果表明该外壳可承受V_RRM＝28kV高压直流。

综上所述，本发明一种高结温SiC陶瓷封装硅堆外壳结构，通过对高压硅堆产品的外壳设计，采取陶瓷结构封装，管芯采用宽禁带半导体器件替代传统的硅基器件，替代了传统硅堆采用的环氧塑封工艺。

1、减小了体积

管芯采用SIC替代传统的硅基器件，具有击穿场强高的优点，封装外形由原来的155mm×25mm×18mm减小至45mm×10mm×10mm，大大减小产品的封装外形

2、提高了工作结温

采取陶瓷结构封装，替代了传统环氧塑封工艺。陶瓷材料其良好的散热性能，能够将功率器件工作时候发出的热量传出去，有效降低模块内部的温度，提高了硅堆产品的结温及可靠性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。