CN109698234B - 晶闸管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及晶闸管及其制造方法。该晶闸管包括芯片,所述芯片包括板状的芯片主体,所述芯片主体构造有工作表面,所述芯片还包括从所述工作表面向外凸出的第一电极凸起和第二电极凸起,所述第一电极凸起和所述第二电极凸起相互间隔开,在所述第一电极凸起和所述第二电极凸起之间形成间隔空间。通过这种晶闸管能有效地确保电极之间的绝缘性。

Description

晶闸管及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域,特别是涉及一种晶闸管。本发明还涉及一种用于制造晶闸管的方法。
背景技术
晶闸管是晶体闸流管的简称,其具有三种电极,即阴极、阳极和门极。晶闸管能在高电压、大电流条件下工作,且其工作过程可控,因此被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
然而,对于晶闸管(尤其是大功率晶闸管)来说,现有的结构已经难以满足其所被期望的性能水平。尤其是,现有的晶闸管中的芯片结构在晶闸管的功率较大时难以实现电极之间的绝缘。这不但会使得晶闸管无法实现预期的作用,而且会导致晶闸管的损坏。
因此,需要一种能够确保电极之间绝缘性的晶闸管。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种晶闸管,通过这种晶闸管能有效地确保电极之间的绝缘性。本发明还提出了一种用于制造晶闸管的方法,通过这种方法制造得到的晶闸管能有效地确保电极之间的绝缘性。
根据本发明的第一方面,提出了一种晶闸管,其包括芯片,所述芯片包括板状的芯片主体,所述芯片主体构造有工作表面,所述芯片还包括从所述工作表面向外凸出的第一电极凸起和第二电极凸起,所述第一电极凸起和所述第二电极凸起相互间隔开,在所述第一电极凸起和所述第二电极凸起之间形成间隔空间。
通过在用作为电极的第一电极凸起和第二电极凸起之间形成间隔空间,能够有效地确保第一电极凸起与第二电极凸起之间绝缘。尤其是在该晶闸管的工作功率较大的情况下,这种晶闸管也能确保第一电极凸起和第二电极凸起之间具有足够好的绝缘性。
在一个实施例中,容纳于所述间隔空间内的导热体。
在一个实施例中,所述导热体包含金属氧化物和/或硅的氧化物。
在一个实施例中,所述晶闸管还包括引出组件,所述引出组件包括:覆盖所述第一电极凸起的第一引出件;覆盖所述第二电极凸起的第二引出件,所述第一引出件与所述第二引出件相互间隔开;以及设置在所述第一引出件和所述第二引出件之间的间隔体。
在一个实施例中,所述间隔体包括包围所述第一引出件的侧部的侧壁,以及覆盖所述第一引出件的顶部的顶壁,所述侧壁与所述顶壁相连。
在一个实施例中,所述间隔体由陶瓷制成。
根据本发明的第二方面,提出了一种用于制造晶闸管的方法,其包括以下步骤:在芯片上形成相互间隔开的第一电极凸起和第二电极凸起。
通过这种方法,能够制造得到上述晶闸管,其能有效地确保电极之间的绝缘性。
在一个实施例中,所述方法还包括以下步骤:在所述第一电极凸起和所述第二电极凸起之间的间隔空间内填充导热体。
在一个实施例中,在所述第一电极凸起和所述第二电极凸起之间的间隔空间内填充导热膏,所述导热膏固化形成所述导热体。
在一个实施例中,所述方法还包括以下步骤:在所述芯片上设置覆盖所述第一电极凸起的第一引出件以及覆盖所述第二电极凸起的第二引出件,所述第一引出件与所述第二引出件间隔开;以及在所述第一引出件和所述第二引出件之间设置陶瓷的间隔体。
与现有技术相比,本发明的优点在于:通过在用作为电极的第一电极凸起和第二电极凸起之间形成间隔空间,能够有效地确保第一电极凸起与第二电极凸起之间绝缘。尤其是在该晶闸管的工作功率较大的情况下,这种晶闸管也能确保第一电极凸起和第二电极凸起之间具有足够好的绝缘性。
附图说明
在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
图1至图2和图5至图7显示了根据本发明的用于制造晶闸管的方法的步骤;
图3和图4显示了图2中的实施例的替代实施例;
图8和图9显示了图7中的实施例的替代实施例;
图10显示了根据本发明的晶闸管100的一个实施例。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
下面将参照图1至图9对根据本发明的用于制造晶闸管100的方法及制造得到的晶闸管100的结构进行详细说明。
第一步,如图1所示,准备芯片坯料10。芯片坯料呈板状,包含硅,并可采用现有技术中常用的芯片坯料。
第二步,如图2所示,通过上述芯片坯料10形成板状的芯片主体11,以及相对于芯片主体11的工作表面11A向外凸出的多个电极。例如在图2所示的实施例中,形成在芯片主体11上的电极包括阴极125、123和121、门极腿124,和中心门极122。阴极、门极腿和中心门极对于本领域的技术人员来说是熟知的,在此不加赘述。
从另一角度来说,这些电极包括相对于芯片主体11的工作表面11A向外凸出的第一电极凸起和第二电极凸起。应当理解的是,例如对于图2所示的实施例而言,第一电极凸起和第二电极凸起是相对概念。也就是说,可以认为中心门极122为第一电极凸起。在这种情况下,阴极121和123就是第二电极凸起。也可以认为阴极123为第一电极凸起,在这种情况下,中心门极122和门极腿124则为第二电极凸起。
为了便于说明,在下文中,涉及到第一电极凸起和第二电极凸起的内容均以中心门极122为第一电极凸起而以阴极121和123为第二电极凸起进行说明。然而应当理解的是,如上文中所述,第一电极凸起和第二电极凸起也可以是其他结构。
通过以上两个步骤即可制得如图2所示的晶闸管100。在该晶闸管100中,相邻的第一电极凸起122和第二电极凸起121彼此间隔开,以在它们之间形成间隔空间13。通过该间隔空间13能够有效地确保第一电极凸起122和第二电极凸起121之间具有较好的绝缘性。
图3和图4显示了从图1中的芯片坯料10形成图2中所示的芯片结构的方式。
在图3所示的实施例中,在芯片坯料10上设置多个金属片12,并使这些金属片12彼此间隔开,以分别形成上述电极。或者,也可先在芯片坯料10上设置一整个金属坯料。然后再通过光刻和掩膜而使该金属坯料形成多个金属片12。这些金属片12可以具有不同的厚度。
在图4所示的实施例中,先通过光刻和掩膜在芯片坯料10上形成相互间隔开的凸起结构,然后再在这些凸起上设置相应的金属片12,以形成电极。或者,也可先将一整个金属坯料覆盖到芯片坯料10上,然后再通过光刻和掩膜在该芯片坯料10上形成相互间隔开的凸起,同时将多余的金属除去以形成多个金属片12。
优选地,该方法还有第三步。在该第三步中,如图5所示,在间隔空间13内填充导热体14。该导热体14可以是类似于垫片的结构。或者,导热体14也可以是胶状的、甚至是液态的。优选地,通过向间隔空间13内注入导热膏或导热胶体,然后使该导热膏或导热胶体固化而形成导热体14。优选地,导热膏可先在90℃至210℃的温度范围内被烘烤,然后再进行固化。
导热体14例如可包含金属氧化物和/或硅的化合物,例如为硅的氧化物(例如,二氧化硅)。这种导热体的导热性能较好,优选地具有大于0.21W/(m·K)的导热系数,更优选地具有大于1W/(m·K)的导热系数。应当理解的是,可选用现有的导热膏来形成上述导热体14。
在一个优选的实施例中,导热体14填满整个间隔空间。例如对于第一电极凸起122和第二电极凸起121之间或第一电极电极122和第二电极凸起123之间的间隔空间来说,导热体14的填充表面(即,图中的导热体14的上表面)与相邻的电极的凸起表面相齐平或基本上齐平。在图5中,为了使显示内容更加清晰,仅标示出了第一电极凸起122的凸起表面122A。此外,例如对于第一电极凸起123和第二电极凸起124之间的间隔空间来说,填充其的导热体的填充表面与第二电极凸起124的凸起表面相齐平或基本齐平。另外,该填充表面优选地具有较高的平坦度和光滑度。这种导热体14具有更好的导热效果。
应当理解的是,间隔空间13也可仅一部分由导热体14所填充,另一部分由气体填充。
通过上述导热体14能使晶闸管100具有较好的散热能力,并由此能够减缓或避免在晶闸管100中、尤其是在晶闸管100触发瞬间的门极和阴极之间的交接处形成热聚集。这非常有利于提高晶闸管100的开通性能,例如开通时间、开通功耗、开通电流以及开通时的阴极电压和阳极电压等。另外,通过导热、散热,能够避免第一电极凸起122(尤其是中心门极)及其周围的芯片部分被击穿。尤其是对于大功率(电流等级大于300A,电压等级大于1200V)晶闸管来说,这种设置是非常有利的。
优选地,该方法还有第四步。在该第四步中,如图6所示,在芯片上设置引出组件。引出组件包括覆盖在第一电极凸起122上的第一引出件152,以及覆盖在第二电极凸起121、123上的第二引出件151、153。第一引出件152与第二引出件151、153彼此间隔开。第一引出件152和第二引出件151、153均可由金属制成,以分别与第一电极凸起122和第二电极凸起121、123电连接。
优选地,该方法还有第五步。在该第五步中,如图7所示,在第一引出件152与第二引出件151、153之间设置间隔体16,以进一步确保第一引出件152与第二引出件151、153之间的电隔离(即,绝缘)。间隔体16与第一引出件152和第二引出件151、153之间均紧密接触。该间隔体16优选地由绝缘的陶瓷材料制成。这种间隔体16不易变形,尤其是在-20℃至200℃的温度环境下能够具备非常小的变形量。由此,该间隔体16还具备很好的定位效果,能够在上述高温环境和高频振荡的条件下有效地避免在第一引出件152与第二引出件151之间、第一引出件152与第一电极凸起122之间,以及第一引出件152与其他外部结构(例如,晶闸管的管盖或钼片等)之间产生相对移动或错位等。这非常有利于确保晶闸管100的结构稳定性,并能有效确保晶闸管100内各个部件之间的电连接关系。另外,由陶瓷材料制成的间隔体16还具有导热性好的特性,以进一步避免在晶闸管100内产生热聚集情况。
如图8所示,间隔体16可包括在侧部包围第一引出件152并将其与第二引出件151、153间隔开的侧壁161,以及覆盖第一引出件152的顶部的顶壁162。顶壁162与侧壁161相连。在顶壁162与侧壁161之间的连接处构造有开口,引线17可穿过该开口与第一引出件152相连,以实现第一引出件152与外部的其他构件的电连接。通过这种结构可以更加有效地保护第一引出件152。
另外,还可如图9所示的那样,在间隔体16的顶壁162上设置弹性件18(例如弹性垫或弹簧等),以在于引出组件上方再设置其他结构(例如,晶闸管管盖或钼片等)时,确保该结构与间隔体16的顶壁162、并由此与第一引出件152能紧密接合。
图10显示了根据本发明的晶闸管100的另一个实施例。
如图10所示,间隔体16包含底壁163和侧壁161。引线17的一端延伸穿过底壁163上的孔以与第一电极凸起122电连接,另一端延伸穿过侧壁161上的孔,以与外部的其他部件相连。由此,该引线17处于间隔体16内的部分以及从底壁163伸出的部分可形成第一引出件,间隔体16的侧壁161将该部分引线与第二引出件153分隔开。另外,侧壁161优选地设置有朝向上方的台阶面,在该台阶面上设置有弹性件18。优选地,引线17的与第一电极凸起122电连接的一端构造有凸出的形状,以使该一端与底壁163卡接,由此确保该一端与第一电极凸起122之间的电连接的稳定性。
然而,应当理解的是,在间隔体16由陶瓷材料制成的情况下,由于顶壁162不会变形或基本上不会变形,因此可根据需要而省略该弹性件18。
此外,陶瓷的间隔体16可被加工成具有非常低的表面粗糙度。例如,该间隔体16的表面粗糙度可小于1.0,优选地小于0.8更优选地小于0.6。
优选地,间隔体16的侧壁162与其下方的第一引出件152和/或导热体14间隔开。根据需要,例如在间隔体16由陶瓷材料制成时,间隔体16的侧壁162也可延伸至与其下方的第一引出件152和/或导热体14接触。
通过上述方法制造得到的晶闸管100具备很好的导热、散热能力,且结构稳定性较强。
根据实验,通过上述方法制造得到的晶闸管100的di/dt能力(即,电流上升率)提升约10%以上。
上述晶闸管100可以是IGBT,即绝缘栅双极晶体管。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种晶闸管(100),其包括芯片,所述芯片包括板状的芯片主体(11),所述芯片主体构造有工作表面(11A),所述芯片还包括从所述工作表面向外凸出的多个电极,所述多个电极相互间隔开,所述多个电极包括阴极(125,123,121)和一个中心门极(122),在相邻的电极之间形成间隔空间(13),在所述间隔空间内设置有导热体(14),
所述晶闸管还包括引出组件,所述引出组件包括:
覆盖所述中心门极的门极引出件(152);
覆盖所述阴极和部分导热体的阴极引出件(151,153),所述门极引出件与所述阴极引出件相互间隔开;以及
设置在所述门极引出件和所述阴极引出件之间的间隔体(16)。
2.根据权利要求1所述的晶闸管,其特征在于,所述导热体包含金属氧化物和/或硅的氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的晶闸管,其特征在于,所述间隔体包括包围所述门极引出件的侧部的侧壁,以及覆盖所述门极引出件的顶部的顶壁,所述侧壁与所述顶壁相连。
4.根据权利要求1或2所述的晶闸管,其特征在于,所述间隔体由陶瓷制成。
5.一种用于制造晶闸管的方法,其包括以下步骤:
在芯片上形成相互间隔开的多个电极,所述多个电极包括阴极和一个中心门极,所述多个电极相对于所述芯片的工作表面向外凸出,在相邻的电极之间形成间隔空间;
在所述间隔空间内填充导热体;
在所述芯片上设置覆盖所述中心门极的门极引出件,以及覆盖所述阴极和部分导热体的阴极引出件,所述门极引出件与所述阴极引出件间隔开;以及
在所述门极引出件和所述阴极引出件之间设置陶瓷的间隔体。
6.根据权利要求5所述的用于制造晶闸管的方法,其特征在于,在所述间隔空间内填充导热膏,所述导热膏固化形成所述导热体。
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