[发明专利]一种碳化硅二极管及其制造方法

权利要求书

1.一种碳化硅二极管，采用螺栓型结构，由管座组件、芯片、内引线组件、管帽组件构成，其特征在于：

所述芯片采用4H-SiC衬底加N-外延片，芯片背面采用Ni进行欧姆接触，正面采用钛进行肖特基接触，钛层外侧再用Ni作为阻断层，最后芯片两面采用金进行厚金工艺；芯片终端保护采用场限环结构，钝化层采用等离子体增强化学气相沉积法沉积二氧化硅和氮化硅复合介质层；

所述管帽组件由外引线、瓷件绝缘子和壳圈组成，瓷件绝缘子装在壳圈的上部，外引线中心具有盲孔，外引线的细圆柱部分插入瓷件的内孔中，接触部分采用银铜焊料在氢气气氛保护环境下钎焊固定；

所述内引线组件由S形片、导电杆和四方钼片组成，导电杆插入S形片上平面的孔内，S形片下平面平放在四方钼片上，四方钼片与S形片下平面重合且表面进行喷砂镀镍，接触部分采用银铜焊料在真空环境下钎焊固定；

所述管座组件由管座、下钼片、钼片环及座圈组成；所述管座下部为螺栓结构，上部具有管座内腔，管座内腔底面中心具有凸台；座圈插入管座内腔中心凸台与管座内腔侧面之间的圆环槽内，并与管座内腔侧面接触；所述下钼片平放在管座内腔中心凸台上，中心为方形孔的钼片环放置在下钼片表面，接触部分采用银铜焊料在氢气气氛保护下进行钎焊固定；

所述芯片固定在钼片环中心方形孔内，四方钼片与芯片上表面接触，芯片、内引线组件以及管座组件装配后在共晶回流炉中焊接固定；并对芯片进行绝缘保护；最后将管帽组件外引线套装在内引线组件的导电杆上，采用氩弧焊封装。

2.根据权利要求1所述一种的碳化硅二极管，其特征在于：4H-SiC衬底加N-外延片共350μm，芯片背面Ni欧姆金属层厚度75nm，芯片正面钛肖特基金属层厚度150nm，钛层外侧的Ni阻断层厚度200nm，芯片两面金层厚度分别为1850nm；钝化层中二氧化硅层厚度0.2μm，氮化硅复合介质层厚度0.3μm。

3.根据权利要求1所述一种的碳化硅二极管，其特征在于：外引线和壳圈采用瓷封合金材料，瓷件绝缘子采用95瓷材料。

4.根据权利要求1所述一种的碳化硅二极管，其特征在于：所述管座采用铬青铜材料。

5.权利要求1所述碳化硅二极管的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：准备5×5mm和4×4mm两种银铅锡焊料片；

步骤2：将管座组件螺栓结构放入在石墨盘中的预留孔中，将中心带有方形通孔的石墨工装放入管座组件的座圈内，然后将5×5mm焊料片、四方芯片、4×4mm焊料片依次放入石墨工装的方形孔内，再将内引线组件的四方钼片放入石墨工装的方形孔内，最后铝制工装固定内引线组件，完成装配；

步骤3：将装配好的内引线组件、管座组件和芯片放入共晶回流炉中进行焊接，焊接温度350℃，焊接时间6-8分钟；

步骤4：对焊接完成的器件进行高温反向测试，温度250℃，反向电压1200V，要求漏电小于100μA，淘汰不合格品；

步骤5：涂胶对芯片进行绝缘保护：先将聚酰亚胺胶涂覆于芯片与钼片环间的凹槽内进行高温固化，固化完成后，再涂覆瓦克绝缘胶，进行固化；

步骤6：将管帽组件外引线套装在内引线组件的导电杆上，采用氩弧焊封装，内引线组件的导电杆和外引线之间通过压扁连接在一起最终构成碳化硅二极管。

6.根据权利要求5所述碳化硅二极管的制造方法，其特征在于：步骤5中对芯片进行绝缘保护的过程为：

步骤5.1：用无水乙醇棉球清洗焊接后的芯片边缘及管座组件内腔，晾干后，蘸取聚酰亚胺胶均匀的涂覆在芯片的边缘，不出现有漏涂现象；

步骤5.2：将经过步骤5.1处理后的未封帽的器件放置在托盘上，置于超净工作台在室温下晾置24小时；

步骤5.3：将晾置后的器件连同托盘一起放入高温烘箱进行烘烤，烘烤温度100±3℃，时间0.5h；

步骤5.4：将未封帽的器件连同托盘一起移入有氮气保护的烘箱，按下列规范烘烤，且在每个升温过程中通3～5分钟氮气：

升温至140±3℃，恒温0.5h，再升温至200±3℃，恒温0.5h，之后升温至250±3℃，恒温0.5h，而后升温至320±3℃，恒温2h，最后自然冷却至室温；

步骤5.5：对未封帽的器件进行反向重复平均电流测试和正向峰值电压测试，淘汰不合格品；

步骤5.6：用无水乙醇棉球清洗管座组件内腔，烘干待用；

步骤5.7：按照Wacker 915HT∶Wacker CaT PT＝10∶1的比例配置瓦克高温胶；

步骤5.8：瓦克高温胶配置好后，晾置1小时，然后用滴管吸入高温胶，滴涂在管座组件内腔，不出现有漏涂现象；

步骤5.9：将未封帽的器件在室温下晾置至少2小时，且不超过48小时；

步骤5.10：将晾置后的器件放入高温烘箱，按下列规范进行高温烘烤固化：

升温至100±3℃，恒温40分钟，再升温至200±3℃，恒温0.5h，之后升温至250±3℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。