本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域，具體涉及一種高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。

背景技術(shù)：

1、功率半導(dǎo)體器件是風(fēng)電變流器實(shí)現(xiàn)能量變換和傳輸?shù)暮诵钠骷?，海上風(fēng)電環(huán)境一般具有溫濕度高、鹽霧濃度高以及干濕循環(huán)明顯的特點(diǎn)，特別是位于海底的沉積物中所含有的各類細(xì)菌還會(huì)產(chǎn)生硫化氫等腐蝕性氣體。這些環(huán)境因素會(huì)誘發(fā)功率器件內(nèi)部組件的腐蝕，降低其運(yùn)行可靠性。以灌封式功率器件為例，器件內(nèi)部的芯片、鍵合線、覆銅陶瓷襯板、焊料層、基板、硅凝膠、密封膠、外殼及裝配連接件等在海風(fēng)環(huán)境中均存在被腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

2、專利號(hào)為cn202022320454的專利提出通過殼體和殼體蓋表面進(jìn)行電鍍鎳層材料以及提高殼體和殼體蓋的密封性，從而提高耐腐蝕性能；專利號(hào)為cn202021524463的專利提出通過將密封膠設(shè)置于殼體和蓋板，以及殼體和底板之間，形成一個(gè)密封結(jié)構(gòu)，從而減緩腐蝕性氣體的侵入。

3、灌封式功率器件殼體和蓋板通常為飽和聚酯塑料，因?yàn)槊芊饽z本身存在的透濕性以及密封膠固化過程中存在的氣孔，將殼體和蓋板進(jìn)行密封膠密封并不能完全隔絕外部腐蝕性氣體的侵入，特別是硫化氫氣體侵入對(duì)器件內(nèi)部銅組件的腐蝕。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了克服背景技術(shù)的不足，本發(fā)明第一目的是公開一種高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)；

2、第二目的是公開上述高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法。

3、技術(shù)方案：本發(fā)明所公開的高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，包括：

4、基板，采用鍍鎳銅板；

5、殼體，采用聚對(duì)苯二甲酸丁二酯或聚苯硫醚塑料，所述殼體通過密封膠粘接于基板上，該殼體在兩側(cè)功率端子的連接位置設(shè)置臺(tái)階；

6、金屬鑲嵌件，采用鍍鎳銅質(zhì)材料，置于殼體內(nèi)；

7、覆銅陶瓷襯板，采用上銅層、陶瓷、下銅層的三明治結(jié)構(gòu)，所述上銅層表面電鍍鎳層或者上下銅層表面均電鍍鎳層，所述覆銅陶瓷襯板焊接于基板表面；

8、芯片、鍵合線，所述芯片焊接于覆銅陶瓷襯板的上表面，通過鍵合線對(duì)芯片與覆銅陶瓷襯板、殼體與覆銅陶瓷襯板實(shí)現(xiàn)電氣連接；

9、蓋板，采用聚對(duì)苯二甲酸丁二酯或聚苯硫醚塑料，所述蓋板通過背面的卡扣與殼體固定安裝；

10、所述殼體內(nèi)注有灌封膠。

11、進(jìn)一步的，所述基板的銅板厚度范圍2-5mm，鍍鎳層厚度為2-6μm。

12、進(jìn)一步的，所述臺(tái)階的高度為2-4mm，爬電距離為14-16mm。

13、進(jìn)一步的，所述金屬鑲嵌件包括功率端子和信號(hào)端子，各界面全部鍍鎳，鎳層2-6μm。

14、進(jìn)一步的，所述覆銅陶瓷襯板的銅層的表面粗糙度ra?2-4，鍍鎳層厚度為2-6μm。

15、進(jìn)一步的，所述鍵合線為鋁線或鋁包銅線，線徑為300-500μm；所述鋁包銅線中銅線的體積占比不小于50%。

16、進(jìn)一步的，所述灌封膠注入高度不低于殼體內(nèi)部鍵合線的最高點(diǎn)。

17、上述高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括以下步驟：

18、s1、將芯片焊接在覆銅陶瓷襯板的上表面，在芯片表面通過超聲鍵合的方式將鍵合線與芯片、覆銅陶瓷襯板實(shí)現(xiàn)電氣連接；

19、s2、將完成超聲鍵合的覆銅陶瓷襯板焊接在基板上表面；

20、s3、將殼體與基板通過密封膠進(jìn)行粘接；其中，所述殼體在粘接前進(jìn)行等離子清洗；所述密封膠在100-140℃進(jìn)行固化；所述密封膠固化氣氛為空氣或氮?dú)猓?/p>

21、s4、將殼體內(nèi)的金屬鑲嵌件與覆銅陶瓷襯板通過鍵合線實(shí)現(xiàn)電氣連接；

22、s5、將灌封膠注入殼體內(nèi)部；其中，所述灌封膠在灌封后在真空腔內(nèi)進(jìn)行脫泡；所述真空腔真空度為5-50mbar；所述灌封膠的注入高度不低于殼體內(nèi)部鍵合線的最高點(diǎn)；所述灌封膠在100℃-140℃進(jìn)行固化；

23、s6、將蓋板通過背面的卡扣與殼體實(shí)現(xiàn)安裝。

24、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：通過在殼體功率端子之間設(shè)置臺(tái)階結(jié)構(gòu)，提高爬電距離，增加器件在潮濕鹽霧等條件下的絕緣能力；通過對(duì)器件內(nèi)部各含銅組件進(jìn)行鍍鎳處理或者使用鋁包銅結(jié)構(gòu)，可以有效防護(hù)硫化氫氣體對(duì)器件含銅組件的腐蝕，隔絕不同硫化銅的生成，從而避免器件發(fā)生短路。此外，本發(fā)明能夠在不增加額外封裝工序和封裝設(shè)備的情況，實(shí)現(xiàn)高防護(hù)耐腐蝕器件的封裝生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述基板（1）的銅板厚度范圍2-5mm，鍍鎳層厚度為2-6μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述臺(tái)階（3）的高度為2-4mm，爬電距離為14-16mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述金屬鑲嵌件包括功率端子（401）和信號(hào)端子（402），各界面全部鍍鎳，鎳層2-6μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述覆銅陶瓷襯板（5）的銅層的表面粗糙度ra?2-4，鍍鎳層厚度為2-6μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述鍵合線（7）為鋁線或鋁包銅線，線徑為300-500μm；所述鋁包銅線中銅線的體積占比不小于50%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述灌封膠注入高度不低于殼體（2）內(nèi)部鍵合線（7）的最高點(diǎn)。

8.權(quán)利要求1所述高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種高防護(hù)耐腐蝕功率器件封裝結(jié)構(gòu)，包括：基板；殼體，所述殼體通過密封膠粘接于基板上，該殼體在兩側(cè)功率端子的連接位置設(shè)置臺(tái)階；金屬鑲嵌件，置于殼體內(nèi)；覆銅陶瓷襯板，采用上銅層、陶瓷、下銅層的三明治結(jié)構(gòu)，所述覆銅陶瓷襯板焊接于基板表面；芯片、鍵合線，所述芯片焊接于覆銅陶瓷襯板的上表面，通過鍵合線對(duì)芯片與覆銅陶瓷襯板、殼體與覆銅陶瓷襯板實(shí)現(xiàn)電氣連接；蓋板，所述蓋板通過背面的卡扣與殼體固定安裝；所述殼體內(nèi)注有灌封膠。本發(fā)明可以有效防護(hù)惡劣環(huán)境對(duì)器件的腐蝕，在不增加額外封裝工序和封裝設(shè)備的情況，實(shí)現(xiàn)高防護(hù)耐腐蝕器件的封裝生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：楊金龍,趙仕林,姚二現(xiàn),牟哲儀,王蕤,楊騰飛,蘇宏民
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京南瑞半導(dǎo)體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2