一种冶金键合玻封二极管结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种冶金键合玻封二极管结构，所述结构包括电极A、电极B、芯片及玻管，所述电极A、电极B和芯片均设置于玻管内，所述芯片与电极A和电极B之间通过扩散焊接实现电气连接，且扩散焊的过渡层材料分别为芯片的上表面金属化层和下表面金属化层，芯片与电极A和电极B之间的扩散焊接和玻管的封接同步完成形成一个整体；所述方法包括元器件组装及烧结步骤。本实用新型专利技术通过高温过程在电极与芯片之间实现冶金键合，具有散热性能好，耐大电流冲击等优点，其工作范围可以从‑55℃至175℃；克服了现有技术生产的冶金键合玻封二极管产品抗正向浪涌电流能力和抗反向瞬态功率能力弱等不足。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体元件加工
，具体是涉及一种冶金键合玻封二极管结构。
技术介绍
玻封二极管具有结构简单、体积小、重量轻、成本低廉的特点，在家用电器、汽车电子、航空航天等各领域均有着广泛的使用，但现有技术生产的冶金键合玻封二极管通常为杜镁丝电极-银铜锡焊片-芯片-银铜锡焊片-杜镁丝电极的结构，由于杜镁丝、银铜锡焊片及芯片等部件在热膨胀系数上有着加较大的差异，导致现有技术生产的冶金键合的玻封二极管存在工作温度范围较窄、耐焊接温度较低、抗正向浪涌电流和反向浪涌功率的能力较弱及所能承受的热功耗较低等不足。限制了其在较大电流的整流及肖特基整流二极管、500W及以上功率的TVS产品以及1.5W以上热功率的电压调整二极管上的应用。
技术实现思路
本技术提供了一种冶金键合玻封二极管结构，可以拓展冶金键合玻封二极管较大电流的整流及肖特基整流二极管、500W及以上功率的TVS产品以及1.5W以上热功率的电压调整二极管上的应用。本技术通过以下技术方案得以实现。一种冶金键合玻封二极管结构，包括电极A、电极B、芯片及玻管，所述电极A、电极B和芯片均设置于玻管内，所述芯片与电极A和电极B之间通过扩散焊接实现电气连接，且扩散焊的过渡层材料分别为芯片的上表面金属化层和下表面金属化层，芯片与电极A和电极B之间的扩散焊接和玻管的封接同步完成形成一个整体。所述电极A和电极B的材料均为钨。所述玻管采用Glass8652玻管，Glass8652玻管的软化点温度为638℃。所述芯片为GPP芯片，且其上表面金属化层和下表面金属化层的材料均为银。所述二极管采用烧结成型，且烧结成型的温度为720℃±20℃。一种生产上述冶金键合玻封二极管的方法，其具体方法步骤如下：(1)元器件组装：将玻管、电极A及芯片装入下模中，并在上模中装入电极B，再将上模倒扣在下模上，使得元器件在模具内组装形成二极管，然后在电极B的上端施加重量为2g-15g的压块；(2)烧结：将步骤(1)中组装好的二极管进行烧结，其烧结方法为热壁式真空烧结或冷壁式真空烧结。所述热壁式真空烧结方法步骤如下：A、将步骤(1)中装有二极管的模具推入真空烧结炉炉管中；B、将步骤A中炉管抽成真空；C、当步骤B中炉管内部真空度低于1×10-4Pa时开启加热，并将炉管内温度在10min～30min内升温至720℃±20℃；D、将步骤C中炉管内温度恒温10min～30min；E、在10min～30min内将二极管降至室温；F、开启放气阀将二极管从烧结炉炉管中取出，即可得到成品玻封二极管。所述冷壁式真空烧结方法步骤如下：A、将装有二极管的模具放入真空烧结炉的炉膛中，并将炉盖盖住；B、将真空烧结炉抽真空10s～30s后往烧结炉内充入氮气；C、待步骤B往烧结炉内充入氮气后再抽真空至炉膛内部真空度 低于1×10-4Pa，并给石墨模具通电，使模具温度在10min～30min内升温至720±20℃；D、将步骤C中模具温度720℃±20℃恒温10min～30min；E、步骤D中模具温度恒温10min～30min，往炉膛内部充入氮气，在10min～30min内将模具降至室温；F、开启炉盖将产品取出，即可得到成品玻封二极管。本技术的有益效果在于：1、与现有技术相比，本技术使用与硅材料热膨胀系数最为接近的钨作为电极材料，取消了现有技术上必须使用的银铜锡焊料层，不但简化了冶金键合玻封二极管产品的结构，提高了生产效率，同时降低了贵重金属银的用量，还有效的提升了产品各部分之间的热匹配性，将产品的工作温度范围由现有的-55℃至150℃，提升到了-55℃至175℃，提高了产品在高温环境下的环境适应性。2、与现有技术相比，本技术使用的玻管的软化温度由现有技术的550℃提高到了638℃，拓宽了产品在使用时对焊接过程的兼容性，可以满足638℃，1分钟耐焊接热要求。3、克服了现有技术生产的冶金键合玻封二极管产品由于内部各部件之间热膨胀系数存在较大差异的原因而导致抗正向浪涌电流能力弱的缺点，将产品抗正向浪涌电流能力由目前不超过30A，有效提升至100A以上，拓展了冶金键合玻封二极管产品在1A以上的整流及肖特基整流二极管上的应用。4、克服了现有技术生产的冶金键合玻封二极管产品由于内部各部件之间热膨胀系数存在较大差异的原因而导致抗反向浪涌功率能力较弱的缺点，将产品抗反向浪涌功率的能力由目前不超过400W，有效提升至1500W以上，拓展了冶金键合玻封二极管产品在500W至1500W之间各种功率的TVS产品上的应用。5、克服了现有技术生产的冶金键合玻封二极管产品内部部件较 多，导热性较差的缺点，可以将产品工作时生产的热量及时向两端传递，使产品所能承受的热功耗由现有技术的1.5W一下提升到5W以上，满足1N5378等5W及以下热功耗的电压调整二极管的生产需要。6、整个生产过程不使用或使用很少量的氮气等纯化气体，不产生任何有毒有害的物质，不但降低了生产过程的后勤保障压力，同时整个过程绿色环保无污染。附图说明图1是本技术中双向直插结构的玻封二极管爆炸示意图；图2是本技术中U型表面贴装结构的玻封二极管爆炸示意图；图3是本技术生产双向直插结构的玻封二极管所使用的模具结构示意图；图4是本技术生产U型表面贴装结构的玻封二极管所使用的模具结构示意图；图5是本技术中生产双向直插结构的玻封二极管时待加工二极管装入模具的结构示意图。图6是本技术中生产U型表面贴装结构的玻封二极管时待加工二极管装入模具的结构示意图。图中：1-电极A，2-电极B，3-芯片，4-玻管，5-下模，6-上模，51-下模型腔，61-上模型腔，7-电极C，8-电极D，31-上表面金属化层，32-下表面金属化层。具体实施方式下面结合附图进一步描述本技术的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。如图1、图2所示，一种冶金键合玻封二极管结构，包括电极A1、电极B2、芯片3及玻管4，所述电极A1、电极B2和芯片3均 设置于玻管4内，所述芯片3的上端和下端分别设置有上表面金属化层31和下表面金属化层32，所述上表面金属化层31与电极B2相连，下表面金属化层32与电极A1相连，所述芯片3与电极A1和电极B2之间通过扩散焊接实现电气连接，且扩散焊接的过渡层材料分别为上表面金属化层31和下表面金属化层32；所述电极A1和电极B2的材料均为钨；所述上表面金属化层31和下表面金属化层32的材料均为银。本技术中所述芯片3与电极A1和电极B2之间的扩散焊接和玻管4的封接同步完成形成一个整体，即在焊接加工时，芯片3与电极1A和电极B2之间的扩散焊接和玻管4的封接是一起完成的。本技术方案使用与硅材料热膨胀系数最为接近的钨作为电极材料，取消了现有技术上必须使用的银铜锡焊料层，不但简化了冶金键合玻封二极管产品的结构，降低了贵重金属银的用量，还有效的提升了产品各部分之间的热匹配性，将产品的工作温度范围由现有的-55℃至150℃，提升到了-55℃至175℃，提高了产品在高温环境下的环境适应性；将产品抗正向浪涌电流能力由目前不超过30A，有效提升至100A以上，拓展了冶金键合玻封二极管产品在1A以上的整流及肖特基整流二极管上的应用；将产品抗反向浪涌功率的能力由目前不超过4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冶金键合玻封二极管结构，其特征在于：包括电极A(1)、电极B(2)、芯片(3)及玻管(4)，所述电极A(1)、电极B(2)和芯片(3)均设置于玻管(4)内，所述芯片(3)与电极A(1)和电极B(2)之间通过扩散焊接实现电气连接，且扩散焊的过渡层材料分别为芯片(3)的上表面金属化层(31)和下表面金属化层(32)，芯片(3)与电极A(1)和电极B(2)之间的扩散焊接和玻管(4)的封接同步完成形成一个整体。

【技术特征摘要】
1.一种冶金键合玻封二极管结构，其特征在于：包括电极A(1)、电极B(2)、芯片(3)及玻管(4)，所述电极A(1)、电极B(2)和芯片(3)均设置于玻管(4)内，所述芯片(3)与电极A(1)和电极B(2)之间通过扩散焊接实现电气连接，且扩散焊的过渡层材料分别为芯片(3)的上表面金属化层(31)和下表面金属化层(32)，芯片(3)与电极A(1)和电极B(2)之间的扩散焊接和玻管(4)的封接同步完成形成一个整体。2.根据权利要求1所述的一种冶金键合玻封二极管结构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张路非，
申请(专利权)人：张路非，
类型：新型
国别省市：河北;13