一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的名稱為一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件。屬于功率半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】。它主要是解決現(xiàn)有芯片存在表面爬電距離短和需另外定位環(huán)定位的問題。它的主要特征是：包括管殼下封接件、管殼上封接件和高壓半導(dǎo)體芯片；所述的晶圓片邊緣臺(tái)面處的臺(tái)面保護(hù)膠還包括向下伸出的下定位硅膠環(huán)、或者向上伸出的上定位硅膠環(huán)、或者向上及向下伸出的上下定位硅膠環(huán)；所述的管殼下封接件或/和管殼上封接件內(nèi)臺(tái)面上設(shè)有與該下定位硅膠環(huán)、上定位硅膠環(huán)、或者上下定位硅膠環(huán)配合的定位臺(tái)階。本實(shí)用新型具有利用芯片臺(tái)面保護(hù)硅膠進(jìn)行安裝定位，且滿足5000V以上高壓半導(dǎo)體器件表面耐壓要求，性能穩(wěn)定，可靠性高的特點(diǎn)，主要用于高壓半導(dǎo)體器件。
【專利說(shuō)明】一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】的功率半導(dǎo)體器件，具體為一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件，涉及一種新型的高壓晶閘管和高壓整流管器件芯片及其制造技術(shù)。這種器件內(nèi)部是通過(guò)一種能定位的半導(dǎo)體芯片和配件與管殼封裝而成。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件芯片邊緣臺(tái)面保護(hù)只是簡(jiǎn)單的涂覆，依賴材料的表面張力自然形成保護(hù)層，兩邊尖端表面保護(hù)膠比較??；半導(dǎo)體芯片在器件內(nèi)部往往依靠定位環(huán)定位(如:聚四氟乙烯定位環(huán)上定位或下定位或硅膠環(huán)定位等)。當(dāng)器件電壓較高時(shí)(大于5000V時(shí))，這種芯片結(jié)構(gòu)由于其表面爬電距離短，兩邊尖端表面保護(hù)膠比較薄，從而使器件承受一定高壓時(shí)芯片表面出現(xiàn)打火損壞，影響器件的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型針對(duì)上述不足，提出了一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件，不僅無(wú)需定位環(huán)定位，而且還消除了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件芯片表面爬電距離短，兩邊尖端表面保護(hù)膠比較薄，承受一定高壓時(shí)芯片表面出現(xiàn)打火損壞的問題，滿足了 5000V以上高壓半導(dǎo)體器件表面耐壓要求。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件，包括管殼下封接件、管殼上封接件和高壓半導(dǎo)體芯片，高壓半導(dǎo)體芯片中的晶圓片邊緣臺(tái)面設(shè)有臺(tái)面保護(hù)硅膠，其特征是:所述的晶圓片邊緣臺(tái)面處的臺(tái)面保護(hù)膠還包括向下伸出的下定位硅膠環(huán)、或者向上伸出的上定位硅膠環(huán)、或者向上及向下伸出的上下定位硅膠環(huán)；所述的管殼下封接件或/和管殼上封接件內(nèi)臺(tái)面上設(shè)有與該下定位硅膠環(huán)、上定位硅膠環(huán)、或者上下定位娃膠環(huán)配合的定位臺(tái)階。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的高壓半導(dǎo)體芯片為高壓整流管芯片，包括整流管晶圓片、鋁箔、鑰圓片、金屬鍍層、臺(tái)面保護(hù)硅膠，臺(tái)面保護(hù)硅膠連接有向下伸出的下定位硅膠環(huán)；所述的管殼下封接件、管殼上封接件為整流管管殼下封接件、整流管管殼上封接件，整流管管殼下封接件內(nèi)臺(tái)面裝配有下銀碗，整流管管殼上封接件內(nèi)臺(tái)面裝配有上銀碗；整流管管殼下封接件內(nèi)臺(tái)面設(shè)有與下定位硅膠環(huán)配合的定位臺(tái)階。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的管殼下封接件與管殼上封接件之間的內(nèi)部也可包括上墊片或上墊碗、和/或下墊片或下墊碗；上墊片或上墊碗、下墊片或下墊碗材料是鋁、或銀、或銅、或鑰、或其合金材料。此方式對(duì)芯片表面接觸起到了良好的緩沖作用，減少了接觸壓降，對(duì)芯片的導(dǎo)電性改善起到良好的作用。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的高壓半導(dǎo)體芯片為高壓晶閘管芯片，包括晶閘管晶圓片、鋁箔、鑰圓片、金屬鍍層、臺(tái)面保護(hù)硅膠，臺(tái)面保護(hù)硅膠連接有向上及向下伸出的上下定位硅膠環(huán)；所述的管殼下封接件、管殼上封接件為晶閘管管殼下封接件、晶閘管管殼上封接件，高壓晶閘管芯片與晶閘管管殼下封接件、晶閘管管殼上封接件之間分別設(shè)有下墊片、陰極墊片；晶閘管管殼上封接件內(nèi)裝有門極組件；晶閘管管殼下封接件、晶閘管管殼上封接件內(nèi)臺(tái)面設(shè)有與上下定位硅膠環(huán)配合的晶閘管上定位臺(tái)階、晶閘管下定位臺(tái)階。
[0008]本實(shí)用新型由于采用由管殼下封接件、管殼上封接件和高壓半導(dǎo)體芯片構(gòu)成的自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件，其中，晶圓片邊緣臺(tái)面處的臺(tái)面保護(hù)膠還包括向下伸出的下定位硅膠環(huán)、或者向上伸出的上定位硅膠環(huán)、或者向上及向下伸出的上下定位硅膠環(huán)。管殼下封接件或/和管殼上封接件內(nèi)臺(tái)面上設(shè)有與該下定位硅膠環(huán)、上定位硅膠環(huán)、或者上下定位硅膠環(huán)配合的定位臺(tái)階，因而，晶圓片邊緣表面保護(hù)膠是利用專用模具灌注而成，芯片表面爬電距離能很好地滿足5000V以上高壓半導(dǎo)體器件表面耐壓要求，芯片邊緣臺(tái)面保護(hù)膠成環(huán)形柱狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制柱狀結(jié)構(gòu)高度可以增加芯片臺(tái)面爬電距離，從而解決了芯片臺(tái)面高壓打火的問題，保證了器件耐壓穩(wěn)定性，另外定位硅膠環(huán)圓環(huán)的中心，可作為器件內(nèi)部的定位環(huán)，很好的定位器件內(nèi)部部件，根據(jù)半導(dǎo)體器件內(nèi)部定位方式不同，也可以相應(yīng)的調(diào)整芯片邊緣保護(hù)膠上下尺寸，使其可以上定位或下定位或上下定位器件內(nèi)部部件。本實(shí)用新型具有利用芯片臺(tái)面保護(hù)硅膠進(jìn)行安裝定位，且滿足5000V以上高壓半導(dǎo)體器件表面耐壓要求，性能穩(wěn)定，可靠性高的特點(diǎn)。本實(shí)用新型主要用于高壓半導(dǎo)體器件。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]為了更清楚說(shuō)明本實(shí)用新型技術(shù)方案，下面對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)要介紹。顯然，下面描述的附圖僅僅是本實(shí)用新型一些實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0010]圖1為本實(shí)用新型能自主下定位的高壓整流管器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本實(shí)用新型能自主上下定位的高壓晶閘管器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型能自主下定位的半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4為本實(shí)用新型能自主上定位的半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5為本實(shí)用新型能自主上下定位的半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1:
[0017]如圖1所示，自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件采用自定位芯片的高壓整流管器件，由整流管管殼下封接件1、下銀碗2、高壓整流管芯片3、上銀碗4、整流管管殼上封接件5采用冷壓封裝而成，高壓整流管芯片3為高壓半導(dǎo)體芯片。其制造過(guò)程為:首先將下銀碗2裝配到整流管管殼下封接件I的內(nèi)臺(tái)面上，將上銀碗4裝配到整流管管殼上封接件5的內(nèi)臺(tái)面上，并使上(下)銀碗的內(nèi)圓套入整流管管殼上(下)封接件的內(nèi)臺(tái)面中卡住，用手將二者壓平壓緊成一個(gè)整體；然后將能自主下定位的高壓整流管芯片3下定位面放入帶下銀碗2的整流管管殼下封接件I的內(nèi)臺(tái)面中，并利用高壓整流管芯片的下定位硅膠環(huán)10，定位高壓整流管芯片于帶下銀碗2的整流管管殼下封接件I的內(nèi)臺(tái)面上；接著將帶上銀碗4的整流管管殼上封接件5放入能自主下定位的高壓整流管芯片3中心，并將帶上銀碗4的整流管管殼上封接件5的內(nèi)臺(tái)面套進(jìn)能自主下定位的高壓整流管芯片非定位面上，用手壓平。將裝配好的管殼放到專用冷壓封裝機(jī)中的相應(yīng)冷壓模具中，通過(guò)冷壓封裝機(jī)按預(yù)定的程序,對(duì)管殼抽真空、沖惰性氣體，同時(shí)精確控制真空度和惰性氣體氣壓,最后對(duì)管殼邊緣施加高壓力冷擠壓封裝而成一個(gè)密封的整體。
[0018]如圖3所示，高壓整流管芯片3包括整流管晶圓片6、鋁箔7、鑰圓片8、金屬鍍層
9、硅膠定位環(huán)10。其制造過(guò)程為:首先將整流管晶圓片6和鑰圓片8通過(guò)鋁箔7在高真空下，利用高真空燒結(jié)爐進(jìn)行高溫焊接而成一個(gè)芯片整體；然后通過(guò)高真空電子束蒸發(fā)設(shè)備，將金屬鍍層9濺射至芯片的晶圓片表面，并在高真空下利用高真空合金爐進(jìn)行高溫合金，使金屬鍍層牢固地粘附在芯片表面；然后對(duì)芯片邊緣，利用機(jī)械磨角機(jī)和磨角器，通過(guò)金剛砂水溶液研磨，進(jìn)行臺(tái)面斜角造型，并用去離子水對(duì)芯片進(jìn)行超聲清洗干凈；然后對(duì)芯片臺(tái)面，利用旋轉(zhuǎn)腐蝕機(jī)和芯片腐蝕夾具，通過(guò)腐蝕液和去離子水進(jìn)行旋轉(zhuǎn)腐蝕、表面清洗，并進(jìn)行高溫烘干、室溫伏安特性檢測(cè)、臺(tái)面鈍化保護(hù)與高溫固化；最后采取專用注膠模具對(duì)芯片臺(tái)面進(jìn)行注膠成型與室溫固化，在芯片邊緣形成環(huán)形柱形結(jié)構(gòu)的硅膠定位環(huán)10。當(dāng)芯片固化后將專用模具進(jìn)行拆除，能自主下定位的高壓整流管芯片就形成了。
[0019]通過(guò)控制柱狀結(jié)構(gòu)高度可以增加芯片臺(tái)面爬電距離，從而解決了芯片臺(tái)面高壓打火的問題，保證了器件耐壓穩(wěn)定性。其圓環(huán)的中心，可作為器件內(nèi)部的定位環(huán)，很好的定位器件內(nèi)部部件。
[0020]另外，通過(guò)改變注膠模具結(jié)構(gòu)尺寸，也可以制成能自主上定位的高壓整流管芯片或者能自主上下定位的高壓整流管芯片，如圖4、5所示，其中，硅膠定位環(huán)17為上定位硅膠定位環(huán)。
[0021]實(shí)施例2:
[0022]如圖2所示，能自主上下定位的高壓晶閘管器件，由晶閘管管殼下封接件16、下墊片11、高壓晶閘管芯片12、陰極墊片13、門極組件14和晶閘管管殼上封接件15采用冷壓封裝而成。其制造過(guò)程為:晶閘管管殼上封接件15中心有安裝孔，將門極組件14卡入安裝孔中；門極組件14的引線，從晶閘管管殼上封接件15的中心安裝孔內(nèi)穿出到晶閘管管殼上封接件15的邊緣，并卡入晶閘管管殼上封接件15內(nèi)部的門極管孔內(nèi)，用專用鉗子夾緊備用；將陰極墊片13與高壓晶閘管芯片12的陰極圖形對(duì)準(zhǔn)后，進(jìn)行超聲點(diǎn)焊粘住備用；將下墊片11裝入上述準(zhǔn)備好的晶閘管管殼下封接件16內(nèi)臺(tái)面中心，再將上述準(zhǔn)備好的高壓晶閘管芯片12，放到下墊片11上面，并裝到晶閘管管殼下封接件16內(nèi)臺(tái)面中定位；再將上述準(zhǔn)備好的晶閘管管殼上封接件15的內(nèi)臺(tái)面，裝到高壓晶閘管芯片12中心定位，壓緊并用萬(wàn)用表檢測(cè)門極電阻；將裝配好的管殼放到專用冷壓封裝機(jī)中的相應(yīng)冷壓模具中，通過(guò)冷壓封裝機(jī)按預(yù)定的程序，對(duì)管殼抽真空、沖惰性氣體，同時(shí)精確控制真空度和惰性氣體氣壓，最后對(duì)管殼邊緣施加高壓力冷擠壓封裝而成一個(gè)密封的整體。高壓晶閘管芯片12硅膠定位環(huán)17內(nèi)圓和晶閘管管殼下封接件16、閘管管殼上封接件15配合形成能自主定位的高壓晶閘管器件。
[0023]如圖5所示，能自主上下定位的高壓晶閘管芯片12，包括晶閘管晶圓片19、金屬鍍層9、硅膠定位環(huán)18。其制造過(guò)程為:首先將閘管晶晶圓片19和鑰圓片8通過(guò)鋁箔7在高真空下，利用高真空燒結(jié)爐進(jìn)行高溫焊接而成一個(gè)芯片整體；然后通過(guò)高真空電子束蒸發(fā)設(shè)備，將金屬鍍層9濺射至芯片的晶圓片表面，并在高真空下利用高真空合金爐進(jìn)行高溫合金，使金屬鍍層牢固地粘附在芯片表面；然后利用甩膠臺(tái)將光刻膠涂覆到芯片表面金屬鍍層9上并烘干，利用單面光刻機(jī)和所需圖形的光刻版，對(duì)芯片表面金屬鍍層9上光刻膠進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)曝光，將所需的圖形復(fù)制到芯片表面金屬鍍層9上，并用有機(jī)溶劑對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影定影和堅(jiān)膜，用無(wú)機(jī)酸對(duì)芯片表面金屬鍍層進(jìn)行選擇性腐蝕清洗，用化學(xué)藥品去除芯片表面金屬鍍層上的光刻膠，留下所需圖形的表面金屬鍍層；然后對(duì)芯片邊緣，利用機(jī)械磨角機(jī)和磨角器，通過(guò)金剛砂水溶液研磨，進(jìn)行臺(tái)面斜角造型，并用去離子水對(duì)芯片進(jìn)行超聲清洗干凈；然后對(duì)芯片臺(tái)面，利用旋轉(zhuǎn)腐蝕機(jī)和芯片腐蝕夾具，通過(guò)腐蝕液和去離子水進(jìn)行旋轉(zhuǎn)腐蝕、表面清洗，并進(jìn)行高溫烘干、室溫伏安特性檢測(cè)、臺(tái)面鈍化保護(hù)與高溫固化；最后采取專用注膠模具對(duì)芯片臺(tái)面進(jìn)行注膠成型與室溫固化，在芯片邊緣形成環(huán)形柱形結(jié)構(gòu)的硅膠定位環(huán)18。當(dāng)芯片固化后將專用模具進(jìn)行拆除，能自主下定位的高壓晶閘管芯片就形成了
[0024]通過(guò)改變注膠模具結(jié)構(gòu)尺寸，也可以制成能自主上定位的高壓晶閘管芯片和能自主上下定位的高壓晶閘管芯片，如圖3和4所示。通過(guò)控制柱狀結(jié)構(gòu)高度可以增加芯片臺(tái)面爬電距離，從而解決了芯片臺(tái)面高壓打火的問題，保證了器件耐壓穩(wěn)定性。其圓環(huán)的中心，可作為器件內(nèi)部的定位環(huán)，很好的定位器件內(nèi)部部件。
[0025]采用上述方法，也可以對(duì)其他高壓半導(dǎo)體器件進(jìn)行生產(chǎn)加工。
[0026]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制。因此凡是未脫離本實(shí)用新型的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍。
[0027]本實(shí)用新型根據(jù)半導(dǎo)體芯片邊緣臺(tái)面保護(hù)膠上下高度尺寸的不同，其器件內(nèi)部部件定位方式也不同，按高壓半導(dǎo)體器件內(nèi)部部件定位方式可分為三種:芯片上定位封裝、芯片下定位封裝、芯片上下定位封裝。相應(yīng)的半導(dǎo)體芯片邊緣保護(hù)膠也為三種:上定位注膠芯片、下定位注膠芯片、上下定位注膠芯片。
[0028]本實(shí)用新型管殼下封接件與管殼上封接件通過(guò)冷壓封裝后，內(nèi)部形成密封腔體，該密封腔體內(nèi)形成充有低于外部大氣壓的惰性氣體，從而保證了各部件相互接觸良好，有效地防止了芯片高壓打火損壞現(xiàn)象的發(fā)生。半導(dǎo)體芯片邊緣經(jīng)過(guò)臺(tái)面造型、旋轉(zhuǎn)腐蝕、臺(tái)面鈍化保護(hù)、臺(tái)面上單面或者雙面通過(guò)注膠方式形成了加厚的良好保護(hù)結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)中的下銀碗和上銀碗，對(duì)芯片表面接觸起到了良好的緩沖作用，改善了接觸壓降，對(duì)器件導(dǎo)電性改善也起到了良好的作用。
【權(quán)利要求】
1.一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件，包括管殼下封接件、管殼上封接件和高壓半導(dǎo)體芯片，高壓半導(dǎo)體芯片中的晶圓片邊緣臺(tái)面設(shè)有臺(tái)面保護(hù)硅膠，其特征是:所述的晶圓片邊緣臺(tái)面處的臺(tái)面保護(hù)膠還包括向下伸出的下定位硅膠環(huán)、或者向上伸出的上定位硅膠環(huán)、或者向上及向下伸出的上下定位硅膠環(huán)；所述的管殼下封接件或/和管殼上封接件內(nèi)臺(tái)面上設(shè)有與該下定位硅膠環(huán)、上定位硅膠環(huán)、或者上下定位硅膠環(huán)配合的定位臺(tái)階。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件，其特征是:所述的高壓半導(dǎo)體芯片為高壓整流管芯片，包括整流管晶圓片、鋁箔、鑰圓片、金屬鍍層、臺(tái)面保護(hù)硅膠，臺(tái)面保護(hù)硅膠連接有向下伸出的下定位硅膠環(huán)10 ;所述的管殼下封接件、管殼上封接件為整流管管殼下封接件、整流管管殼上封接件，整流管管殼下封接件內(nèi)臺(tái)面裝配有下銀碗，整流管管殼上封接件內(nèi)臺(tái)面裝配有上銀碗；整流管管殼下封接件內(nèi)臺(tái)面設(shè)有與下定位硅膠環(huán)10配合的定位臺(tái)階。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件，其特征是:所述的高壓半導(dǎo)體芯片為高壓晶閘管芯片，包括晶閘管晶圓片、鋁箔、鑰圓片、金屬鍍層、臺(tái)面保護(hù)硅膠，臺(tái)面保護(hù)硅膠連接有向上及向下伸出的上下定位硅膠環(huán)；所述的管殼下封接件、管殼上封接件為晶閘管管殼下封接件、晶閘管管殼上封接件，高壓晶閘管芯片與晶閘管管殼下封接件、晶閘管管殼上封接件之間分別設(shè)有下墊片、陰極墊片；晶閘管管殼上封接件內(nèi)裝有門極組件；晶閘管管殼下封接件、晶閘管管殼上封接件內(nèi)臺(tái)面設(shè)有與上下定位硅膠環(huán)配合的晶閘管上定位臺(tái)階、晶閘管下定位臺(tái)階。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自定位芯片的高壓半導(dǎo)體器件，其特征是:所述的管殼下封接件與管殼上封接件之間的內(nèi)部也可包括上墊片或上墊碗、和/或下墊片或下墊碗；上墊片或上墊碗、下墊片或下墊碗材料是鋁、或銀、或銅、或鑰、或其合金材料。
【文檔編號(hào)】H01L23/31GK203503639SQ201320625408
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】劉鵬, 張明輝, 汝嚴(yán), 孫亞男, 劉曉, 任麗, 李嫻 申請(qǐng)人:湖北臺(tái)基半導(dǎo)體股份有限公司