一种集成器件、固态继电器和光固态继电器的制作方法

    专利2025-11-26  2


    本技术涉及集成器件封装领域,具体涉及一种集成器件、固态继电器和光固态继电器。


    背景技术:

    1、现有技术中,集成器件在封装时一般采用键合方式建立电连接关系。具体地,在部分集成器件中,用于封装的壳体已经采用金属-金属氧化物多层陶瓷(也被俗称为“黑瓷”),其由金属与金属氧化物陶瓷通过增材制造方式多层铺设并烧结成型。成型后,在金属氧化物陶瓷骨架上形成多个根据电连接要求导通的导带,这些导带可以建立键合区与器件管脚之间的电连接,也可以建立键合区与键合区之间的电连接,键合区是导带露出于壳体内腔表面的区域,且一般相对于键合丝具有较大的面积,以便于电子器件通过键合丝与其连接,从而使两个或两个以上的电子器件彼此电连接,也可以使电子器件与集成器件的管脚电连接。

    2、然而,受限于金属-金属氧化物多层陶瓷制造方式,在选择金属和金属氧化物的材料时,需要考虑金属材料与金属氧化物材料凝固时的收缩率,两者的收缩率必须接近,才能符合增材制造烧结成型的要求。一般地,现有技术中金属材料会采用钨或钨铜合金,当然也可以是其他金属或合金,金属氧化物材料会采用三氧化二铝,当然也可以是其他金属氧化物。这样制造出来的钨(钨铜合金)-三氧化二铝壳体中,三氧化二铝作为壳体绝缘骨架,钨(钨铜合金)形成上述导带。

    3、在上述壳体加工制造完成后,还会在键合区的钨(钨铜合金)露出于壳体内腔表面的部分覆设金属保护层,该金属保护层的材料一般会采用金,金属保护层不仅可以用于保护钨(钨铜合金)使其免于氧化,也可以用于供键合丝键合。此时。键合丝的材料一般也采用金,以避免在采用与保护层不同的材料时容易形成的空洞或虚焊等缺陷。

    4、然而,由此制造出的壳体中,键合区载流能力不足,进而使得上述封装技术的使用受限。尤其是在固态继电器领域,固态继电器的开关器件往往需要负荷远比信号电流更大的载荷电流,在一些具体应用情境下,需要将两个开关器件串联,该彼此串联的两个开关器件也是通过键合区键合的,此时,与这两个开关器件键合的键合区就会存在载流瓶颈。


    技术实现思路

    1、本技术的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题,提供一种集成器件、固态继电器和光固态继电器,其中用于与两个彼此串联的电子器件键合的键合区相较于现有技术具有更大的载流能力。

    2、为达成上述目的,采用如下技术方案:

    3、第一技术方案涉及一种集成器件,其包括本体和至少两个电子器件;所述本体设有第一键合区;所述第一键合区设有导电基底、载流层和键合层;所述导电基底形成于金属-金属氧化物陶瓷基体,所述键合层用于供所述电子器件键合,所述载流层夹设于所述导电基底与所述键合层之间;各所述电子器件固接至所述本体,至少两个所述电子器件键合至所述第一键合区;键合至所述第一键合区的各电子器件中,至少存在两个所述电子器件被允许工作于串联状态。

    4、第二技术方案基于第一技术方案,其中,所述载流层的材料的电导率高于所述导电基底的材料的电导率,所述载流层的厚度大于所述导电基底的厚度。

    5、第三技术方案基于第一技术方案,其中,所述导电基底包括导电层和金属保护层,所述导电层形成于所述金属-金属氧化物陶瓷基体,所述金属保护层覆盖所述导电层的表面;所述导电层的材料为钨或钨铜合金,所述金属保护层的材料为金,所述键合层的材料为铝,所述载流层的材料为铜。

    6、第四技术方案基于第三技术方案,其中,两个键合至所述第一键合区并被允许工作于串联状态的电子器件中,每个所述电子器件均通过至少两根第一键合丝与所述第一键合区键合,所述第一键合丝的材料与所述键合层的材料相同。

    7、第五技术方案基于第一至第四中任一项技术方案,其中,所述第一键合区由载流键合片与所述导电基底固接而成,所述载流键合片设有所述载流层和所述键合层。

    8、第六技术方案基于第五技术方案,其中,所述载流键合片的面积与所述导电基底的面积之比大于或等于80%。

    9、第七技术方案涉及一种固态继电器,其为如第一至第六中任一项技术方案所述的集成器件,各所述电子器件包括至少两个开关器件,各所述开关器件中,至少两个所述开关器件键合至所述第一键合区并被允许工作于串联状态。

    10、第八技术方案涉及一种光固态继电器,其为如第七技术方案所述的固态继电器;各所述电子器件还包括发光器件和光电器件;所述发光器件用于接收输入电信号并输出光信号;所述光电器件与所述发光器件电隔离,用于接收所述光信号并输出控制电信号;各所述开关器件均根据所述控制电信号切换通断状态。

    11、第九技术方案基于第八技术方案,其设有至少两个输入管脚和至少两个输出管脚;所述发光器件对应电连接至其中两个所述输入管脚;所述开关器件数量为两个,两个所述开关器件均为mos管,各所述开关器件的漏极对应电连接至其中两个所述输出管脚,各所述开关器件的源极键合至所述第一键合区;所述光电器件的正极电连接至各所述开关器件的栅极,所述光电器件的负极电连接至所述第一键合区。

    12、第十技术方案基于第九技术方案,其中,所述输出管脚的数量为至少三个;所述第一键合区电连接至少一个其他输出管脚,所述其他输出管脚为不与任一所述开关器件的漏极电连接的输出管脚。

    13、第十一技术方案基于第八技术方案,其中,所述本体包括壳体、盖体和载片;所述壳体设有容腔和连接部,所述盖体与所述壳体固接并遮蔽所述容腔,所述载片置于所述容腔中并与所述连接部固接;所述发光器件固接至所述载片,所述光电器件和各所述开关器件固接至所述壳体并位于所述容腔中;所述连接部设有至少两个第一对接区,两个第一对接区对应导通两个输入管脚,所述载片设有至少两个第二对接区,所述发光器件的两端对应电连接两个第二对接区;所述载片与所述连接部固接时,两个所述第一对接区分别与两个所述第二对接区电连接,所述光电器件与所述发光器件相对。

    14、第十二技术方案基于第八至第十一技术方案,其中,所述发光器件的数量为至少两个,各所述发光器件串联;所述光电器件的数量与所述发光器件的数量相同且一一对应,各所述光电器件串联。

    15、相对于现有技术,上述方案具有的如下有益效果:

    16、第一技术方案中,键合至第一键合区的各电子器件中,至少存在两个电子器件被允许工作于串联状态,而第一键合区中载流层夹设于导电基底与键合层之间,因此这两个电子器件工作于串联状态时,第一键合区的键合层、载流层和导电基底均用于过流且彼此间为并联关系;因此相较于现有技术中,两个电子器件工作于串联状态时只能通过形成于金属-金属氧化物基体的导电基底承载电流,第一技术方案中的第一键合区过流截面积更大,具有更大的载流能力。

    17、第二技术方案是对第一技术方案的优选实施方式。其具有两个相对独立的技术手段,其中之一为载流层的材料的电导率高于导电基底的材料的电导率,其中另一为载流层的厚度大于导电基底的厚度。其中,载流层的材料的电导率高于导电基底的材料的电导率时,相较于载流层的材料的电导率与导电基底的材料的电导率相同或更低的备选技术方案(本说明书中,备选技术方案是指所属技术领域的技术人员可知能够实现发明目的的其他优选技术方案),在两个电子器件工作于串联状态时,第一键合区的总电阻更小,过流时的发热更少,因此更有利于承载更大的电流;载流层的厚度大于导电基底的厚度时,相较于载流层的厚度与导电基底的厚度相同或更小的备选技术方案,在两个电子器件工作于串联状态时,第一键合区的过流截面积更大,总电阻也更小,过流时的发热更少,因此也有利于承载更大的电流;当然,这两个相对独立的技术手段也可以彼此叠加,此时更有利于第一键合区承载更大的电流。

    18、第三技术方案是对第一技术方案的优选实施方式。其中,在第一键合区中,金属保护层的材料为金,键合区的材料为铝,载流层的材料为铜时,具有以下三个应当被注意到的技术效果:首先,键合区的材料为铝时,由于许多电子器件的管脚的材质为铝,因此有利于电子器件的铝制管脚直接键合至键合区,不仅相对于现有技术中,电子器件通过金丝键合至金制的金属保护层价格更低廉,而且有利于避免电子器件的铝制管脚与金丝接合时易产生的金-铝键合缺陷,从而有利于增加集成器件的可靠性和寿命;其次,铜制的载流层夹设于铝制的键合层与金制的金属保护层之间,有利于避免金制的金属保护层直接与铝制的键合层接合时易产生的金-铝键合缺陷,从而有利于增加集成器件的可靠性和寿命。上述两个金-铝键合缺陷已为现有技术所知,其主要是由于在一定温度下金向铝的扩散而形成的一种脆性金属化合物,从而在界面间形成空洞,金-铝键合缺陷在温度升高及载流大的情况下,极易使键合强度急剧下降,从而导致键合失效,使集成器件的寿命缩短。再次,铜制的载流层与铝制的键合层之间电位差小,使电流更易于在铜制的载流层传递,有利于提高载流能力。

    19、第四技术方案是第一技术方案的优选实施方式。其具有两个相对独立的技术手段,其中之一为电子器件通过至少两根第一键合丝与第一键合区键合,其中另一为第一键合丝的材料与键合层的材料相同。其中,电子器件通过至少两根第一键合丝与第一键合区键合时,相较于只通过一根第一键合丝的备选技术方案,在两个电子器件工作于串联状态时,各第一键合丝总的的过流截面积更大,更有利于承载更大的电流;第一键合丝的材料与键合层的材料相同时,相较于第一键合丝的材料与键合层的材料不同的备选技术方案,更不易出现键合缺陷,从而有利于增加集成器件的可靠性和寿命。

    20、第五技术方案是第一至第四中任一项技术方案的优选实施方式。其通过将载流键合片固接至导电基底从而构造出第一技术方案中的第一键合区。载流键合片固接至导电基底的方式可以是钎焊,也可以是利用导电胶粘接,或者通过热熔固等已知的方式实现。载流键合片本身的制造方式也为现有技术所知,例如,当载流层的材料为铜而键合层的材料为铝时,可以采用市售的铜铝过渡片,当然,载流键合片也可以通过自制获得,例如可以在铜片上沉积铝层,也可以直接将铜片与铝片固接而成。上述构造方式可以不用改变金属-金属氧化物陶瓷基体的制造过程,而仅通过后期固接载流键合片构造出本专利的第一键合区,因此,有利于直接利用市售的金属-金属氧化物陶瓷基体作为本体或本体的一部分。

    21、第六技术方案是第五技术方案的优选实施方式。其中,所属技术领域的技术人员可知,导电基底的面积远大于第一键合丝的截面积。因此,规定载流键合片的面积与导电基底的面积之比大于或等于80%,有利于充分利用导电基底较大的面积,使整个第一键合区的载流能力更大。当然,在载流键合片未全部覆盖导电基底时,导电基底也可以露出一部分供不用形成串联关系的其他电子器件直接键合。但所属技术领域的技术人员可知,即使载流键合片的面积小于导电基底的面积的80%,仍能实现本专利的发明目的,第一键合区相较于现有技术仍具有更大的载流能力。此外,当载流键合片的面积与导电基底的面积之比大于或等于80%且载流层和键合层由载流键合片形成时,相较于在铜制的载流层上设置铝制键合点的方案,不仅具有制造更简单的优势,而且能够供更多的铝制键合丝键合至键合层,并且由于铝制键合层的面积更大,也有利于提升载流能力。

    22、第七技术方案中,固态继电器的开关器件往往需要承载远比信号电流更大的载荷电流,因此被允许工作于串联状态的开关器件键合至第一键合区,有利于获得第一至第六技术方案之一的技术效果,并提高固态继电器的载流能力。这是因为,当固态继电器的开关器件被允许工作于串联状态时,往往载流瓶颈位于与串联的开关器件键合的第一键合区。

    23、第八技术方案具有第七技术方案的技术效果,同时其也具有典型的光固态继电器的技术效果。

    24、第九技术方案是第八技术方案的优选实施方式,其中,两个开关器件的漏极对应连接至两个输出管脚,两个开关器件的源极键合至第一键合区,两个开关器件(mos管)反向串接,能够在工作于串联状态时实现双向控制模式,即两个输出管脚电流方向为一进一出时,无论外部电路电压极性如何,总有一个开关器件处于正向导通状态,从而使光固态继电器能够控制串联回路的通断。

    25、第十技术方案是第九技术方案的优选实施方式,其中,第一键合区导通至少一个其他输出管脚(这里的其他输出管脚就是不与任一开关器件的漏极电连接的输出管脚),可以使整个光固态继电器被允许随外部接线的不同或外部施加电压方向的不同而工作于两种的状态。首先,当两个分别与开关器件的漏极电连接的输出管脚电流方向为一进一出时,如上所述两个开关器件工作于反向串联状态;其次,当两个分别与开关器件的漏极电连接的输出管脚电流方向同为进,而其他输出管脚的电流方向为出时,两个开关器件工作于并联状态并均正向导通,光固态继电器可以控制并联回路同时通断。因此,第十技术方案提供的光固态继电器作为一种产品,为实现两种工作状态的切换提供了物质基础,也为使用者提供了更多连接方式的选择。

    26、第十一技术方案是第八技术方案的优选实施方式,其中,两个第一对接区对应导通两个输入管脚,发光器件的两端对应电连接两个第二对接区,载片与连接部固接时,两个第一对接区分别与两个第二对接区电连接,从而使两个输入管脚与发光器件的两端分别电连接,此时光电器件与发光器件相对,具体地,是指发光器件的发光部与光电器件的受光部相对,从而使光电器件和发光器件得以在电隔离的条件下实现信号联通。另外,由于光电器件和各开关器件均固接至壳体,因此,除发光器件通过如上方式电连接至输入管脚外,其余器件均能够通过壳体上的键合区彼此电连接,开关器件也能够通过壳体电连接至输出管脚,上述结构能够支持整个光固态继电器的电连接关系。

    27、第十二技术方案是第八至第十中任一项技术方案的优选实施方式,其中,发光器件数量为至少两个,各发光器件串联,能够使至少两个发光器件同时发光;同时,由于光电器件的数量与发光器件的数量相同且一一对应,各光电器件串联,能够使各光电器件同时接收到光信号,并通过彼此串联提升控制电信号的电压,从而得以支持对栅极电压导通阈值有更苛刻要求的开关器件。


    技术特征:

    1.一种集成器件,其特征是,包括本体(2)和至少两个电子器件;

    2.如权利要求1所述的一种集成器件,其特征是,所述载流层(22)的材料的电导率高于所述导电基底(18)的材料的电导率,所述载流层(22)的厚度大于所述导电基底(18)的厚度。

    3.如权利要求1所述的一种集成器件,其特征是,所述导电基底(18)包括导电层(20)和金属保护层(21),所述导电层(20)成型于所述金属-金属氧化物陶瓷基体,所述金属保护层(21)覆盖所述导电层(20)的表面;所述导电层(20)的材料为钨或钨铜合金,所述金属保护层(21)的材料为金,所述键合层(23)的材料为铝,所述载流层(22)的材料为铜。

    4.如权利要求1所述的一种集成器件,其特征是,两个键合至所述第一键合区(15)并被允许工作于串联状态的电子器件中,每个所述电子器件均通过至少两根第一键合丝(45)与所述第一键合区(15)键合,所述第一键合丝(45)的材料与所述键合层(23)的材料相同。

    5.如权利要求1至4中任一项所述的一种集成器件,其特征是,所述第一键合区(15)由载流键合片(19)与所述导电基底(18)固接而成,所述载流键合片(19)设有所述载流层(22)和所述键合层(23)。

    6.如权利要求5所述的一种集成器件,其特征是,所述载流键合片(19)的面积与所述导电基底(18)的面积之比大于或等于80%。

    7.一种固态继电器,其特征是,其为如权利要求1至6中任一项所述的集成器件,各所述电子器件包括至少两个开关器件(7),各所述开关器件(7)中,至少两个所述开关器件(7)键合至所述第一键合区(15),并被允许工作于串联状态。

    8.一种光固态继电器,其特征是:其为如权利要求7所述的固态继电器;各所述电子器件还包括发光器件(5)和光电器件(6);所述发光器件(5)用于接收输入电信号并输出光信号;所述光电器件(6)与所述发光器件(5)电隔离,用于接收所述光信号并输出控制电信号;各所述开关器件(7)均根据所述控制电信号切换通断状态。

    9.如权利要求8所述的一种光固态继电器,其特征是:

    10.如权利要求9所述的一种光固态继电器,其特征是:所述输出管脚(4)的数量为至少三个;所述第一键合区(15)电连接至少一个其他输出管脚,所述其他输出管脚为不与任一所述开关器件(7)的漏极(d)电连接的输出管脚(4)。

    11.如权利要求8所述的一种光固态继电器,其特征是:

    12.如权利要求8至11中任一项所述的光固态继电器,其特征是:所述发光器件(5)的数量为至少两个,各所述发光器件(5)串联;所述光电器件(6)的数量与所述发光器件(5)的数量相同且一一对应,各所述光电器件(6)串联。


    技术总结
    本申请公开了一种集成器件、固态继电器和光固态继电器,其中,集成器件用于与两个彼此串联的电子器件键合的第一键合区设有导电基底、载流层和键合层,导电基底形成于金属‑金属氧化物陶瓷基体,键合层用于供电子器件键合,载流层夹设于导电基底与键合层之间;固态继电器和光固态继电器为上述集成器件。上述技术方案相较于现有技术,与两个彼此串联的电子器件键合的键合区相较于现有技术具有更大的载流能力。

    技术研发人员:李世忠,张文东,颜华炯,林俊华
    受保护的技术使用者:厦门宏发密封继电器有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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