一种压接结构的碳化硅器件制造技术

一种压接结构的碳化硅器件，包括管座、过渡片、碳化硅芯片、连桥、绝缘块、缓冲片和管帽，管帽安装于管座上部；管座包括依次连接的下压块、封接环、陶瓷环、散热环、座法兰；管座内部安装绝缘块；缓冲片固定于管帽和绝缘块之间；散热环内侧通过过渡片安装碳化硅芯片，碳化硅芯片安装连桥，连桥连接下压块。通过散热环多边形结构布局实现多个碳化硅芯片均流并联，通过散热环、连桥、上压块、下压块、缓冲片组成散热结构实现三维立体冷却，提高了器件通流能力；将碳化硅芯片通过纳米银低温烧结工艺实现互连，与现有硅基器件对比，碳化硅器件能工作在更高频率、更高温度下，可满足200℃～300℃的工作环境要求。工作环境要求。工作环境要求。

【技术实现步骤摘要】
一种压接结构的碳化硅器件


[0001]本技术涉及电子元器件


技术介绍

[0002]压接结构的输出整流器件是发电机输出整流装置的重要组成部分，通常安装于发电机上方。传统的输出整流器件，采用硅基芯片，理论上最高结温可达到230℃，能满足大多数的应用需求。但在飞行器、舰船领域随着多电或全电系统得到更多的应用，部分整流器件需长期可靠工作在高达225℃的条件下，因此对器件提出了更高的环境适应性需求。
[0003]传统硅基输出整流器件如图1所示，和硅基器件相比，碳化硅器件结温特性更加优异,但由于制造技术和成本的限制，单个碳化硅裸片的额定电流通常在100A以内，难以满足输出整流的功率要求，需要多芯均流并联以提高通流能力。
[0004]目前的压接结构为双面散热冷却的平板结构，不能充分发挥碳化硅器件的耐高温的工作特性。

技术实现思路

[0005]为了解决传统碳化硅器件存在的上述问题，本技术提供了一种压接结构的碳化硅器件。
[0006]本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种压接结构的碳化硅器件，包括管座1、过渡片2、碳化硅芯片3、连桥4、缓冲片5、绝缘块6和管帽7，管帽7安装于管座1上部；管座1包括依次连接的下压块8、封接环9、陶瓷环10、散热环11和座法兰12；管座1内部安装绝缘块6；散热环11内侧通过过渡片2安装碳化硅芯片3，碳化硅芯片3安装连桥4，连桥4连接下压块8。
[0007]所述管帽7包括上压块13和法兰14，上压块13和法兰14硬钎焊连接，缓冲片5材质为银，缓冲片5一面固定在上压块13上，缓冲片5另一面固定在绝缘块6上，管帽7与管座1等离子焊密封连接或冷压密封连接。
[0008]所述下压块8、封接环9、陶瓷环10、散热环11、座法兰12硬钎焊连接，散热环11外部为裙齿结构，散热环11内部为多边形结构，散热环11材质为无氧铜、钼铜合金或钨铜合金。
[0009]所述每组过渡片2、碳化硅芯片3分别位于散热环11的一个内侧面上，过渡片2与碳化硅芯片3之间、碳化硅芯片3与连桥4之间，连桥4与下压块8之间分别纳米银低温烧结连接。
[0010]所述过渡片2为钼片，钼片表面镀银。
[0011]所述碳化硅芯片3是二极管芯片、IGBT芯片、MOS芯片中的一种或其组合，芯片形状为方形或圆形，芯片电极区为银层或金层。
[0012]所述连桥4材质为银，连桥4为至少一个，各个碳化硅芯片3之间安装连桥4，或者一个碳化硅芯片3与一个连桥4连接。
[0013]本技术的一种压接结构的碳化硅器件，通过散热环多边形结构布局实现多个
碳化硅芯片均流并联，通过散热环、连桥、上压块、下压块、缓冲片组成散热结构实现三维立体冷却，提高了器件通流能力；将碳化硅芯片通过纳米银低温烧结工艺实现互连，与现有硅基器件对比，碳化硅器件能工作在更高频率、更高温度下，可满足200℃～300℃的工作环境要求。
附图说明
[0014]图1是传统硅基输出整流器件结构图。
[0015]图2是本技术压接结构的碳化硅器件主视结构图。
[0016]图3是本技术碳化硅器件主剖视图。
[0017]图4是本技术碳化硅器件俯剖视图。
[0018]图中：1、管座，2、过渡片，3、碳化硅芯片，4、连桥，5、缓冲片，6、绝缘块，7、管帽，8、下压块，9、封接环，10、陶瓷环，11、散热环，12、座法兰，13、上压块，14、法兰。
具体实施方式
[0019]本技术的一种压接结构的碳化硅器件结构如图2
‑
4所示，包括管座1、过渡片2、碳化硅芯片3、连桥4、缓冲片5、绝缘块6和管帽7，管帽7安装于管座1上部；管座1包括依次连接的下压块8、封接环9、陶瓷环10、散热环11和座法兰12；管座1内部安装绝缘块6；散热环11内侧通过过渡片2安装碳化硅芯片3，碳化硅芯片3安装连桥4，连桥4连接下压块8。
[0020]管座1由下压块8、封接环9、陶瓷环10、散热环11和座法兰12硬钎焊而成，散热环11外部为裙齿结构，内部为多边形结构，散热环11材质为无氧铜、钼铜合金或钨铜合金。
[0021]过渡片2、碳化硅芯片3和连桥4数量为多个，每个过渡片2、碳化硅芯片3和连桥4依次一一对应设置于结构相同的散热环11的内侧面上，连桥4与管座1的下压块8连接在一起，采用了纳米银低温烧结工艺。过渡片2为钼片，钼片表面镀银。碳化硅芯片3为方形，芯片电极区为银层，连桥4材质为银。
[0022]管帽7由上压块13和法兰14硬钎焊而成。缓冲片5材质为银，一面固定在管帽7的上压块13上，另一面固定在绝缘块6上。管帽7与管座1采用等离子焊密封连接或冷压密封连接。
[0023]压接结构的碳化硅器件的制造方法，实施例1包括如下步骤：
[0024]步骤1，将纳米银焊膏搅拌充分；
[0025]步骤2，将管座、过渡片、碳化硅二极管芯片、连桥在异丙醇中超声清洗15分钟；
[0026]步骤3，在净化工作台内将管座的散热环一个内侧接触表面涂上0.1mm厚的纳米银焊膏，一组过渡片、碳化硅二极管芯片的各接触表面涂上0.08mm厚的纳米银焊膏，连桥与下压块的接触表面涂上0.12mm厚的纳米银焊膏，放入净化加热箱中60℃预烘15分钟。
[0027]步骤4，将烧结工装的压头放置在叠装后的连桥4的表面，配重压力18MPa，压力方向竖直向下且与散热环内侧面垂直；
[0028]步骤5，装配完成后，在265℃的含氮气氛中进行烧结，烧结时间25分钟；重复步骤3、步骤4、步骤5完成其余各组过渡片、碳化硅二极管芯片、连桥与管座散热环的内侧面以及下压块之间的烧结。
[0029]步骤6，将缓冲片固定在管帽上，压接力为0.7MPa；
[0030]步骤7，将绝缘块装入管座内，将管座和管帽进行等离子焊封接，封焊电流为3A
±
0.5A。
[0031]实施例2包括如下步骤：
[0032]步骤1，将纳米银焊膏搅拌充分；
[0033]步骤2，将管座、过渡片、碳化硅IGBT芯片、连桥在异丙醇中超声清洗15分钟；
[0034]步骤3，在净化工作台内将管座的散热环一个内侧接触表面涂上0.1mm厚的纳米银焊膏，一组过渡片、碳化硅IGBT芯片的各接触表面涂上0.06mm厚的纳米银焊膏，放入净化加热箱中60℃预烘15分钟。
[0035]步骤4，将烧结工装的压头放置在叠装后的连桥4的表面，配重压力15MPa，压力方向竖直向下且与散热环内侧面垂直；
[0036]步骤5，装配完成后，在255℃的含氮气氮中进行烧结，烧结时间20分钟。重复步骤3、步骤4、步骤5完成其余各组过渡片、碳化硅IGBT芯片、连桥与管座散热环的内侧面之间的烧结；连桥与下压块之间采用高温焊片焊接。
[0037]步骤6，将缓冲片固定在管帽上，压接力为0.7MPa；
[0038]步骤7，将绝缘块装入管座本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压接结构的碳化硅器件，其特征在于：包括管座(1)、过渡片(2)、碳化硅芯片(3)、连桥(4)、缓冲片(5)、绝缘块(6)和管帽(7)，管帽(7)安装于管座(1)上部；管座(1)包括依次连接的下压块(8)、封接环(9)、陶瓷环(10)、散热环(11)和座法兰(12)；管座(1)内部安装绝缘块(6)；散热环(11)内侧通过过渡片(2)安装碳化硅芯片(3)，碳化硅芯片(3)安装连桥(4)，连桥(4)连接下压块(8)。2.根据权利要求1所述的一种压接结构的碳化硅器件，其特征在于：所述管帽(7)包括上压块(13)和法兰(14)，上压块(13)和法兰(14)硬钎焊连接，缓冲片(5)材质为银，缓冲片(5)一面固定在上压块(13)上，缓冲片(5)另一面固定在绝缘块(6)上，管帽(7)与管座(1)等离子焊密封连接或冷压密封连接。3.根据权利要求1所述的一种压接结构的碳化硅器件，其特征在于：所述下压块(8)、封接环(9)、陶瓷环(10)、散热环(11)、座法兰(12)硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵岩，
申请(专利权)人：赵岩，
类型：新型
国别省市：