一種模具及利用其制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模具及利用其制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法，該模具包括由耐高溫塑料制成且相配合的上模板和下模板，下模板上設置有能夠與芯片緊密配合的芯片置放槽，上模板的上部設置有注膠孔，上模板的下部設置有與芯片的邊緣臺面位置相對應且與注膠孔相連通的凹槽，凹槽的外側(cè)的槽壁呈曲線形狀，芯片置放槽內(nèi)置放芯片并壓緊上模板和下模板后，上模板的底端面上與芯片置放槽位置相對應的部分端面與芯片的非邊緣臺面緊貼，芯片的邊緣臺面封住凹槽的槽口使得凹槽與芯片的邊緣臺面圍成的空間構(gòu)成膠液容納腔；優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)合對應方法制備的芯片臺面的絕緣保護層較厚，且厚度可控，能夠防止超高壓擊穿，增加了爬電距離，能夠防止打火。
【專利說明】-種模具及利用其制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種晶閘管芯片臺面的絕緣保護方法，尤其是涉及一種模具及利用其 制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在大功率及超大功率電力控制領(lǐng)域，隨著技術(shù)的進步和發(fā)展，用電設備的電壓在 不斷地提高，其配套使用的晶閘管的電壓也在不斷的提高。目前，國外的超高壓晶閘管電壓 已發(fā)展至7000-8500V水平。在芯片內(nèi)結(jié)構(gòu)正常的情況下，晶閘管的阻斷電壓，是由芯片臺 面的擊穿電壓決定的，而芯片臺面的擊穿電壓又是由臺面絕緣保護層決定的，因此，對于超 高壓晶閘管而言，這就要求芯片臺面絕緣保護層的抗電壓擊穿能力非常高。
[0003] -般芯片臺面的絕緣保護層采用以下方法制備：芯片臺面腐蝕后，在潔凈的芯片 臺面上，室溫下用畫筆或點膠機涂覆一層單組份或雙組份的硫化硅橡膠，硫化硅橡膠經(jīng)過 自流成型和12小時以上的室溫固化后，即形成了絕緣保護層，能夠防止芯片臺面被電壓擊 穿或爬電打火。但是，這種制備方法存在以下問題：1)在制備過程中，當硫化硅橡膠涂覆至 芯片邊緣時，其處于流體的未固化狀態(tài)，因此在重力下自流成型后的硅膠層的厚度一般為 0. 3-0. 4_，然而1mm厚的硅膠層的可靠抗擊穿電壓一般為10000V，也就是說這種制備方法 獲得的絕緣保護層對4000V及4000V以下的晶閘管芯片較為可靠；2)這種制備方法獲得的 絕緣保護層從陽極邊緣到陰極面的最近爬電距離一般在2-4_，當芯片所處環(huán)境濕度或潔 凈度稍差時，就容易出現(xiàn)因表面爬電距離不夠而打火，因此這種制備方法獲得的絕緣保護 層不適用于6500-8500V的超高壓晶閘管芯片。綜上，若超高壓晶閘管芯片采用這種制備方 法獲得的絕緣保護層進行絕緣保護，則極容易出現(xiàn)絕緣保護層偏薄而被擊穿，或因絕緣保 護層的表面爬電距離不夠而打火，從而導致芯片阻斷電壓降低或失效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種模具及利用其制備晶閘管芯片臺面絕緣 保護層的方法，該模具結(jié)合對應的方法制備得到的晶閘管芯片臺面絕緣保護層較厚，且絕 緣保護層的厚度可控，能夠有效防止絕緣保護層被超高壓擊穿，另外增加了該絕緣保護層 上陽極到陰極的爬電距離，能夠防止打火。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種模具，包括由耐高溫塑料制 成且相配合的上模板和下模板，所述的下模板上設置有能夠與芯片緊密配合的芯片置放 槽，所述的上模板的上部設置有注膠孔，所述的上模板的下部設置有與芯片的邊緣臺面位 置相對應且與所述的注膠孔相連通的凹槽，所述的凹槽的外側(cè)的槽壁呈曲線形狀，所述的 芯片置放槽內(nèi)置放芯片并壓緊所述的上模板和所述的下模板后，所述的上模板的底端面上 與所述的芯片置放槽位置相對應的部分端面與芯片的非邊緣臺面緊貼，芯片的邊緣臺面封 住所述的凹槽的槽口使得所述的凹槽與芯片的邊緣臺面圍成的空間構(gòu)成膠液容納腔。
[0006] 所述的上模板和所述的下模板制備所采用的耐高溫塑料的耐熱溫度要求大于 160°C ;由于制備芯片絕緣保護層一般采用高溫固化硅橡膠，模具一般要預先加熱至160°C， 因此上模板和下模板的耐熱溫度需大于160°C。
[0007] 所述的耐高溫塑料為氟塑料；潔凈的氟塑料耐溫高達250°C，非常適合于制作塑 料模具，且其表面光滑、摩擦系數(shù)小，易于脫模。
[0008] 所述的凹槽的外側(cè)的槽壁的高度為2飛mm ;凹槽的外側(cè)的槽壁的高度不同即凹槽 的深度不同，而不同深度的凹槽可以制備不同厚度的絕緣保護層，因此絕緣保護層的厚度 具有可控性，則制備得到的不同厚度的絕緣保護層能夠有效防止不同值的超高壓的擊穿。
[0009] 所述的凹槽的外側(cè)的槽壁呈正弦曲線形狀；模具制備得到的芯片臺面的絕緣保護 層的形狀與凹槽的形狀一致，因此芯片臺面的絕緣保護層的外側(cè)壁即為正弦曲線形狀，而 正弦曲線形狀能夠極大程度地增加絕緣保護層上陽極到陰極的爬電距離，爬電距離可增加 至10mm及以上，能夠有效地防止打火。
[0010] 所述的上模板的上部設置有與所述的凹槽相連通、用于排出所述的膠液容納腔內(nèi) 的膠液中的氣體的排氣孔；排氣孔的設置，能夠防止在注膠過程中形成氣泡，避免絕緣保護 層各處厚度不一，從而保證絕緣保護層的絕緣保護效果。
[0011] 一種利用該模具制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法，包括以下步驟：（1)將 流體硅橡膠預先放置在真空容器內(nèi)抽真空以除去流體硅橡膠內(nèi)的氣泡；（2)將模具預先加 熱至120°C ~200°C;(3)將待制備絕緣保護層的晶閘管芯片放置在下模板的芯片置放槽內(nèi)， 合上上模板并壓緊上模板和下模板；（4)將已除去氣泡的流體硅橡膠通過注膠孔注入膠液 容納腔內(nèi)，待膠液容納腔內(nèi)注滿流體硅橡膠后靜置，使得流體硅橡膠在模具的溫度下初步 固化，然后脫去上模板和下模板，即在晶閘管芯片的邊緣臺面上注膠得到成型硅橡膠層； (5)進一步固化晶閘管芯片的邊緣臺面上的硅橡膠層，使得硅橡膠層完全固化成具有彈性 的固態(tài)硅膠體層，該固態(tài)硅膠體層即為晶閘管芯片臺面的絕緣保護層。
[0012] 所述的步驟（1)中將流體硅橡膠預先放置在真空容器內(nèi)抽真空至l〇Pa以下，并維 持至少30分鐘以除去流體硅橡膠內(nèi)的氣泡；所述的步驟（5)中將晶閘管芯片放置在溫度為 150-240°C的烘箱內(nèi)5-30個小時進一步固化，使得晶閘管芯片的邊緣臺面上的硅橡膠層完 全固化成固態(tài)硅膠體層。
[0013] 所述的晶閘管芯片臺面的絕緣保護層的外側(cè)壁的高度為2飛mm;晶閘管芯片臺面 的絕緣保護層較厚，能夠防止絕緣保護層被超高壓擊穿，且不同厚度的絕緣保護層能夠防 止不同值的超高壓的擊穿。
[0014] 所述的晶閘管芯片臺面的絕緣保護層的外側(cè)壁呈曲線形狀；絕緣保護層的外側(cè)壁 呈曲線形狀，增大了該絕緣保護層上陽極到陰極的爬電距離，能夠有效防止打火。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1)該模具包括由耐高溫塑料制成的上模 板和下模板，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；（2)該模具選用耐高溫的塑料制成，避免因采用金屬模 具在注膠和固化中產(chǎn)生金屬碎屑或金屬離子污染絕緣保護層而導致絕緣保護層被電壓擊 穿引起漏電；（3)模具結(jié)合對應的方法注膠成型獲得的晶閘管芯片臺面的絕緣保護層較 厚，且可通過選用具有不同深度的凹槽的上模板來制備不同厚度的絕緣保護層，既能防潮 防污染，又具有極高的絕緣電壓，能夠有效防止絕緣保護層被超高壓擊穿；（4)上模板內(nèi)凹 槽的外側(cè)的槽壁為曲線形狀，因而制備得到的晶閘管芯片臺面的絕緣保護層的外側(cè)壁也為 曲線形狀，曲線形狀的外側(cè)壁增加了絕緣保護層上陽極到陰極的爬電距離，能夠有效地防 止打火。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為實施例中模具的俯視圖(其中模具內(nèi)放置有晶閘管芯片）； 圖2為圖1中A-A截面的剖視圖； 圖3為制備得到的晶閘管芯片臺面的絕緣保護層的側(cè)視圖； 圖4為制備得到的晶閘管芯片臺面的絕緣保護層的俯視圖。

【具體實施方式】
[0017] 以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0018] 如圖廣2所示，一種模具，包括由潔凈的聚四氟乙烯塑料制成且相配合的上模板1 和下模板2,下模板2上設置有能夠與晶閘管芯片3緊密配合的芯片置放槽21 ;上模板1的 上部設置有用于注入膠液的注膠孔11 ;上模板1的下部設置有與晶閘管芯片3的邊緣臺面 位置相對應且與注膠孔11相連通的凹槽22,如圖1中虛線表示部分即為晶閘管芯片3的邊 緣臺面部分，凹槽22的外側(cè)的槽壁呈正弦曲線形狀(如圖2中B處所示)，且該凹槽22的外 側(cè)的槽壁的高度為5mm ;使用時芯片置放槽21內(nèi)置放晶閘管芯片3并壓緊上模板1和下模 板2后，上模板1的底端面上與芯片置放槽21相對應的部分端面與晶閘管芯片3的非邊緣 臺面緊貼，晶閘管芯片3的邊緣臺面封住凹槽22的槽口使得凹槽22與晶閘管芯片3的邊 緣臺面圍成的空間構(gòu)成膠液容納腔（圖中未示出）;在此，上模板1的上部還設置有與凹槽22 相連通、用于排出膠液容納腔內(nèi)的膠液中的氣體的排氣孔12 ;在本實施例中，晶閘管芯片3 為圓形，因此上模板1和下模板2均為與晶閘管芯片3形狀相對應的圓形，芯片置放槽21 也為圓形，而凹槽22對應為環(huán)狀。
[0019] 在其他應用中，制成上模板1和下模板2的耐高溫塑料可采用其他氟塑料或者其 他耐高溫塑料，只需其耐熱溫度大于160°C ;凹槽22的外側(cè)的槽壁可以呈其他曲線形狀，且 其高度可以為2?5mm。
[0020] -種利用上述模具制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法，包括以下步驟：（1) 將流體硅橡膠預先放置在真空容器內(nèi)抽真空至l〇Pa以下，并維持至少30分鐘以除去流體 硅橡膠內(nèi)的氣泡；（2)將模具預先加熱至160°C (在其他具體實際應用中，模具根據(jù)實際情 況預先加熱溫度范圍在120°C ~200°C); (3)將待制備絕緣保護層的晶閘管芯片3放置在下 模板2的芯片置放槽21內(nèi)，合上上模板1并使得下模板2、晶閘管芯片3和上模板1三者同 心對齊，再壓緊上模板1和下模板2 ; (4)將已除去氣泡的流體硅橡膠通過注膠孔11注入膠 液容納腔22內(nèi)，待膠液容納腔22內(nèi)注滿流體硅橡膠并從排氣孔12中略有溢出后靜置，使 得流體硅橡膠在模具的溫度下初步固化，然后分別從上、下方向脫去上模板1和下模板2， 即在晶閘管芯片3的邊緣臺面上注膠得成型硅橡膠層；（5)將晶閘管芯片3放置在溫度為 240°C的烘箱內(nèi)30個小時，使得晶閘管芯片3的邊緣臺面上的硅橡膠層進一步完全固化成 具有彈性的固態(tài)硅膠體層，該固態(tài)硅膠體層即為晶閘管芯片3臺面的絕緣保護層4,且該晶 閘管芯片3臺面的絕緣保護層4的外側(cè)壁的高度為5mm，其外側(cè)壁呈正弦曲線形狀，即如圖 3~4所示。在具體實際應用中，步驟（5)的操作也可為：將晶閘管芯片3放置在溫度范圍為 150-240°C的烘箱內(nèi)5-30個小時進一步固化，使得晶閘管芯片的邊緣臺面上的硅橡膠層完 全固化成固態(tài)硅膠體層。
[0021] 在本實施例中，硅橡膠采用單組份或雙組份的高溫固化硅橡膠，其具有中等流動 性，且粘度系數(shù)為ΚΓ25 ;高溫固化硅橡膠具有以下優(yōu)點：1)高溫固化硅橡膠的膠粘度適 中，易于注入凹槽且在膠液容納腔內(nèi)并不產(chǎn)生遲滯，其能夠防止內(nèi)部形成氣泡，從而避免由 于氣泡的存在而易于被電壓擊穿；2)高溫固化硅橡膠的固化成型速度快，有利于提高生產(chǎn) 效率，尤其當模具加熱至160°C時，注入的硅橡膠在10秒鐘內(nèi)即可初步成型固化并脫模。
[0022] 常用的模具一般采用鋼等金屬材料，在注膠和固化中容易產(chǎn)生金屬碎屑或金屬離 子，污染膠層，導致膠層被電壓擊穿而漏電；在本實施例中，由于采用了高溫固化硅膠，模具 必須預先加熱至160°C左右，而一般PVC、PP等普通塑料超過120°C就開始軟化，因此本實施 例中采用潔凈的聚四氟乙烯塑料來制成模具，已知聚四氟乙烯的耐溫高達250°C，其表面光 滑，摩擦系數(shù)小，易于脫模，用于制作本實施例的模具非常適合。
【權(quán)利要求】
1. 一種模具，其特征在于包括由耐高溫塑料制成且相配合的上模板和下模板，所述的 下模板上設置有能夠與芯片緊密配合的芯片置放槽，所述的上模板的上部設置有注膠孔， 所述的上模板的下部設置有與芯片的邊緣臺面位置相對應且與所述的注膠孔相連通的凹 槽，所述的凹槽的外側(cè)的槽壁呈曲線形狀，所述的芯片置放槽內(nèi)置放芯片并壓緊所述的上 模板和所述的下模板后，所述的上模板的底端面上與所述的芯片置放槽位置相對應的部分 端面與芯片的非邊緣臺面緊貼，芯片的邊緣臺面封住所述的凹槽的槽口使得所述的凹槽與 芯片的邊緣臺面圍成的空間構(gòu)成膠液容納腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模具，其特征在于所述的上模板和所述的下模板制備所 采用的耐高溫塑料的耐熱溫度要求大于160°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種模具，其特征在于所述的耐高溫塑料為氟塑料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種模具，其特征在于所述的凹槽的外側(cè)的槽壁的高度為 2?5mm〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種模具，其特征在于所述的凹槽的外側(cè)的槽壁呈正弦曲線 形狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模具，其特征在于所述的上模板的上部設置有與所述的 凹槽相連通、用于排出膠液容納腔內(nèi)的膠液中的氣體的排氣孔。
7. -種利用權(quán)利要求1所述的模具制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法，其特征在 于包括以下步驟：（1)將流體硅橡膠預先放置在真空容器內(nèi)抽真空以除去流體硅橡膠內(nèi)的 氣泡；（2)將模具預先加熱至120°C ~200°C;(3)將待制備絕緣保護層的晶閘管芯片放置在 下模板的芯片置放槽內(nèi)，合上上模板并壓緊上模板和下模板；（4)將已除去氣泡的流體硅 橡膠通過注膠孔注入膠液容納腔內(nèi)，待膠液容納腔內(nèi)注滿流體硅橡膠后靜置，使得流體硅 橡膠在模具的溫度下初步固化，然后脫去上模板和下模板，即在晶閘管芯片的邊緣臺面上 注膠得到成型硅橡膠層；（5)進一步固化晶閘管芯片的邊緣臺面上的硅橡膠層，使得硅橡 膠層完全固化成具有彈性的固態(tài)硅膠體層，該固態(tài)硅膠體層即為晶閘管芯片臺面的絕緣保 護層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法，其特征在于所 述的步驟（1)中將流體硅橡膠預先放置在真空容器內(nèi)抽真空至l〇Pa以下，并維持至少30分 鐘以除去流體硅橡膠內(nèi)的氣泡；所述的步驟（5)中將晶閘管芯片放置在溫度為150-240°C 的烘箱內(nèi)5-30個小時進一步固化，使得晶閘管芯片的邊緣臺面上的硅橡膠層完全固化成 固態(tài)硅膠體層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法，其特征在 于所述的晶閘管芯片臺面的絕緣保護層的外側(cè)壁的高度為2~5_。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種制備晶閘管芯片臺面絕緣保護層的方法，其特征在于 所述的晶閘管芯片臺面的絕緣保護層的外側(cè)壁呈曲線形狀。
【文檔編號】H01L21/56GK104157582SQ201410344298
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】王大江, 王森彪, 徐艷艷, 李建忠 申請人:寧波芯科電力半導體有限公司