[发明专利]一种碳化硅二极管及其制造方法

说明书

本发明提供了一种250℃/40A/1200V碳化硅二极管及其制造方法，碳化硅二极管属螺栓型结构，由管座组件、芯片、内引线组件、管帽组件构成。管座组件、芯片和内引线组件自下而上顺序组合在一起，其接触界面采用银铅锡焊料共晶回流炉中焊接连接在一起，采用聚酰亚胺胶和瓦克高温胶进行双层保护，固化后再将内引线的导电杆套装在管帽组件的外引线上，并使壳圈和座圈的边缘对齐，用氩弧焊进行焊接，内引线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。本发明为多电和全电飞机的研制提供高温器件支持，也为高温碳化硅器件的研制提供了一种可行方案。

技术领域

本发明属于电力电子器件制造技术，涉及一种航空发电机用高温碳化硅二极管及其制造方法。

背景技术

传统硅基电力电子器件，由于本身结构和材料的限制，在高温、高频等方面的局限性越来越明显，硅基电力电子器件最高结温只能达到200℃，无法满足更高温度的要求。近年来，碳化硅材料因其出色的物理及电特性，越来越受到产业界广泛关注，是研究较为成熟的宽禁带半导体材料之一。

碳化硅器件的重要优势在于具有极高的绝缘击穿场强(2.5MV/cm)和饱和漂移速度，与硅相比，能够以更高的杂质浓度和更薄的漂移层厚度制作出600V至数十kV的高耐压功率器件。理论上，相同耐压的器件，SiC的单位面积漂移层阻抗可以降低到Si的1/1000。另外，SiC高温(大于500℃)特性和高导热率，突破了硅基功率半导体器件温度(小于175℃)限制所导致的严重局限性，可以应用于更广泛的领域。

为利用碳化硅器件的高温、高频优点，近年来逐步将研究重点放在高温碳化硅二极管的研制上，目前国内研制的碳化硅二极管工作温度基本为(-55-175)℃，主要的封装外形是塑封的TO型器件，对200℃以上的高温金属封装的器件研究较少。同时国内众多单位主要以研究碳化硅材料、碳化硅芯片为主，对器件封装、测试与筛选研究较少，与实际应用还有很大差距。

发明内容

为满足未来多电飞机用高温、大功率器件的需要，本发明提供了一种螺栓型碳化硅二极管及其制造方法，突破了碳化硅二极管的高温和大功率的瓶颈，为未来航空多电飞机的研制提供了器件支撑。通过碳化硅二极管的研制，开发出适合250℃结温、40A正向电流、1200V反向电压的碳化硅二极管的制造工艺，摸索出适合碳化硅二极管筛选测试条件，实现了螺栓型碳化硅二极管高温下的电特性和热特性。

该碳化硅二极管属螺栓型结构，由管座组件、芯片、内引线组件、管帽组件构成。管座组件、芯片和内引线组件自下而上顺序组合在一起，其接触界面采用银铅锡焊料共晶回流炉中焊接连接在一起，采用聚酰亚胺胶和瓦克高温胶进行双层保护，固化后再将内引线的导电杆套装在管帽组件的外引线上，并使壳圈和座圈的边缘对齐，用氩弧焊进行焊接，内引线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。

本发明的技术方案为：

所述一种碳化硅二极管，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；