一种抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管及其制备方法，该二极管器件使用金属陶瓷外壳、芯片通过焊料烧结固定在外壳的烧结区、采用烧结方式用内引线焊片把芯片的电极与外壳的电极相连以及平行缝焊密封，克服了原有塑料封装器件因工作环境受限不能用于高可靠器件领域的问题，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏，该表面贴装二极管使原有的电路在不改变焊盘尺寸即电路板不作改动的情况下实现原位替代，并且可靠性得到提高，生产加工工艺较简单，便于大批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体封装
，尤其是涉及一种抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管及其制备方法。
技术介绍
目前，航空系统、计算机系统、交/直流电源等各个领域为提高整机可靠性，要求配套的器件具有瞬态功率大、响应时间短、漏电流低、击穿电压偏差小等特点，能有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。目前，表面贴装的具有一定电流或功率的二极管器件大多数为塑料封装。塑料封装的半导体器件，受塑封材质和生产工艺的限制其工作温度范围和可靠性都满足不了恶劣环境的使用要求，特别是在潮湿和盐气重的情况下不能长期工作，其封装的特点决定了其不能用于高可靠领域。因此，如何提供一种抗大电流冲击可靠性高且生产加工工艺较简单，便于大批量生产的二极管器件是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管，该二极管抗大电流冲击，可靠性高且生产加工工艺较简单，便于大批量生产。本专利技术的另外一个目的是提供一种上述抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管的制备方法。为解决上述的技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管，包括用于封装的外壳、芯片、用于将所述芯片固定于所述外壳上的焊料以及用于将所述芯片的电极与外壳的电极连接的内引线焊片；所述外壳包括两块导电片、金属连接柱、陶瓷基座、钼片、打线片、金属环框以及金属盖板；所述陶瓷基座的部分上表面上开设有用于放置所述芯片的凹坑，所述凹坑的内底面上开设有第一连接孔，所述陶瓷基座的剩余上表面上开设有第二连接孔，所述陶瓷基座的四周侧面上设置有侧面金属化层；所述钼片通过钎焊固定于所述陶瓷基座上的凹坑中且覆盖所述凹坑中的第一连接孔；所述打线片通过钎焊固定于所述陶瓷基座的剩余上表面上且覆盖所述第二连接孔；所述导电片通过钎焊固定于所述陶瓷基座的下底面上；所述第一连接孔中设置有金属连接柱，且所述第一连接孔中的金属连接柱的上端与所述钼片的下表面钎焊连接，所述第一连接孔中的金属连接柱的下端与一块所述导电片的上表面钎焊连接；所述第二连接孔中设置有金属连接柱，且所述第二连接孔中的金属连接柱的上端与所述打线片的下表面钎焊连接，所述第二连接孔中的金属连接柱的下端与另一块所述导电片的上表面钎焊连接；所述金属环框通过钎焊固定在所述陶瓷基座的上表面上的四周边沿处；所述金属盖板通过平行缝焊密封固定在所述金属环框的上面开口处；所述芯片通过焊料烧结固定在所述钼片上；所述内引线焊片的一端与所述芯片的电极连接，且所述内引线焊片的另一端与所述外壳中的打线片连接。优选的，所述焊料为铅锡银焊料。优选的，所述内引线焊片为无氧铜表面镀镍。本申请还提供了一种上述的抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管的制备方法，包括以下步骤：1)芯片烧结：待粘片机温度稳定后，用点温计的测温头分别与烧结炉的预热区与烧结区充分接触，控制预热区及烧结区表面温度在工艺条件规定范围内；然后从氮气柜中取出外壳，然后开始向烧结炉内供给氢气与氮气，控制氢气流量至少0.5L/min，氮气流量至少5L/min；取一只外壳放至预热区进行预热处理，控制预热区表面温度为190℃±10℃，预热时间为10min±6min；然后将外壳放至烧结区进行烧结处理，控制烧结区表面温度为400℃±10℃，烧结时间不大于2min；然后夹起焊丝，使焊丝末端接触外壳的钼片，焊丝末端受热熔化成焊料滴于外壳的钼片上，然后将芯片平放在焊料上，移动芯片直至芯片的四周边沿的外侧能够看到焊料；然后取保护片平放在芯片上，然后将带有芯片的外壳放置在氮气喷口处进行冷却，然后下压保护片2s～3s，冷却10min±2min后取下保护片；2)内引线焊片烧结将步骤1)得到的烧结固定芯片后的外壳装入石墨船，然后在所述芯片的电极上以及打线片上各放置铅锡银焊片，然后将所述内引线焊片的一端搭接在所述芯片上的铅锡银焊片上，将所述内引线焊片的另一端搭接在所述打线片上的铅锡银焊片上，然后盖上石墨船的盖子，然后放入烧结炉进行氮氢保护气氛烧结，使得所述内引线焊片的一端与所述芯片的电极连接，且所述内引线焊片的另一端与所述外壳中的打线片连接；控制在烧结炉内先预热10min±2min，再恒温20min±2min，最后冷却15min±2min，恒温期间内的烧结温度为350℃～400℃，氮气流量≥20L/min、氢气流量≥2L/min；3)平行缝焊首先进行真空烘焙；然后通过平行缝焊将所述金属盖板密封固定在所述金属环框的上面开口处，控制点焊功率为1400W～1600W，缝焊功率为1600W～1800W，缝焊压力为0.98N～1.176N，脉冲周期为90ms～110ms，脉冲宽度为6ms～10ms，速度为2.0mm/s～3.0mm/s；至此二极管制备完成。优选的，所述芯片采用硅P-N-P台面工艺制造，是在N型单晶片双面深结扩硼，形成P-N-P结构，再在双面刻槽形成P-N-P台面，然后做玻璃钝化制成。优选的，所述步骤1)中，在烧结区进行烧结的烧结时间内，控制焊料熔化时间为5s～10s，将芯片粘在焊料上的粘片时间为30s～40s，盖保护片时间为5s～10s。优选的，所述焊丝为铅锡银焊丝，成分为Pb92.5％—Sn5％—Ag2.5％。优选的，所述内引线焊片为无氧铜表面镀镍，纯度为99.97％。优选的，所述步骤3)中，真空烘焙的温度为180℃，真空烘焙时间为4h，真空烘焙的真空度＜0.1个大气压。与现有技术相比，本专利技术提供了一种抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管及其制备方法，本申请采用金属陶瓷外壳满足了半导体器件对外壳的可靠性要求，满足了半导体器件中的电路对密封和高介质耐电压的要求，且结构简单，并且所述外壳能适应多种类型的芯片的封装，特别是具有大浪涌电流需要键合多根键合丝或线排或烧结导带的芯片的封装，金属陶瓷外壳属于密封性外壳，可以解决塑料封装器件在潮湿环境下的潮气吸入问题，金属陶瓷外壳工作温度范围比塑封的要宽，有一定电流或功率要求的塑料封装器件的工作温度一般在85℃以下，而金属陶瓷外壳可以实现芯片的极限工作温度范围；将芯片通过焊料烧结固定在外壳的烧结区上，采用低温合金焊料，在N2、H2保护气氛中进行低温快速合金烧结，解决了外壳基板材料与芯片之间的热膨胀系数匹配的问题，配合烧结过程中氮氢保护气氛的控制防止了氧化层的出现，降低了烧结温度和烧结时间对产品高温性能的影响；采用烧结方式用内引线焊片把芯片的电极与外壳的电极相连，内引线焊片采用无氧铜片表面镀镍，内引线焊片具有耐大电流冲击、散热好、可靠性高等优势，采用内引线焊片可以使从芯片到引出端的有效截面达到很大的截面积，从而实现了耐大电流冲击吸收瞬态功率大等优势，塑料封装器件工作温度受限原因之一是引出端之间通过烧结的方式连接起来，在温度变化较大时，不同材料的热膨胀系数不同产生内部应力无法释放，很容易造成芯片损伤而导致器件失效，为此本申请采用烧结方式用内引线焊片把芯片的电极与外壳的电极相连，采用有一定弧度的内引线焊片，在温度变化时材料热膨胀系数不同产生的内部应力可以释放出去，确保了半导体器件工作的可靠性，同时烧结前对器件进行等离子清洗，去除芯片表面、引线键合区上的氧化层和杂质，保证烧结焊点之间接触可靠，从而保证产品长期可靠性；然后采取平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管，其特征在于，包括用于封装的外壳、芯片、用于将所述芯片固定于所述外壳上的焊料以及用于将所述芯片的电极与外壳的电极连接的内引线焊片；所述外壳包括两块导电片、金属连接柱、陶瓷基座、钼片、打线片、金属环框以及金属盖板；所述陶瓷基座的部分上表面上开设有用于放置所述芯片的凹坑，所述凹坑的内底面上开设有第一连接孔，所述陶瓷基座的剩余上表面上开设有第二连接孔，所述陶瓷基座的四周侧面上设置有侧面金属化层；所述钼片通过钎焊固定于所述陶瓷基座上的凹坑中且覆盖所述凹坑中的第一连接孔；所述打线片通过钎焊固定于所述陶瓷基座的剩余上表面上且覆盖所述第二连接孔；所述导电片通过钎焊固定于所述陶瓷基座的下底面上；所述第一连接孔中设置有金属连接柱，且所述第一连接孔中的金属连接柱的上端与所述钼片的下表面钎焊连接，所述第一连接孔中的金属连接柱的下端与一块所述导电片的上表面钎焊连接；所述第二连接孔中设置有金属连接柱，且所述第二连接孔中的金属连接柱的上端与所述打线片的下表面钎焊连接，所述第二连接孔中的金属连接柱的下端与另一块所述导电片的上表面钎焊连接；所述金属环框通过钎焊固定在所述陶瓷基座的上表面上的四周边沿处；所述金属盖板通过平行缝焊密封固定在所述金属环框的上面开口处；所述芯片通过焊料烧结固定在所述钼片上；所述内引线焊片的一端与所述芯片的电极连接，且所述内引线焊片的另一端与所述外壳中的打线片连接。...

【技术特征摘要】
1.一种抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管，其特征在于，包括用于封装的外壳、芯片、用于将所述芯片固定于所述外壳上的焊料以及用于将所述芯片的电极与外壳的电极连接的内引线焊片；所述外壳包括两块导电片、金属连接柱、陶瓷基座、钼片、打线片、金属环框以及金属盖板；所述陶瓷基座的部分上表面上开设有用于放置所述芯片的凹坑，所述凹坑的内底面上开设有第一连接孔，所述陶瓷基座的剩余上表面上开设有第二连接孔，所述陶瓷基座的四周侧面上设置有侧面金属化层；所述钼片通过钎焊固定于所述陶瓷基座上的凹坑中且覆盖所述凹坑中的第一连接孔；所述打线片通过钎焊固定于所述陶瓷基座的剩余上表面上且覆盖所述第二连接孔；所述导电片通过钎焊固定于所述陶瓷基座的下底面上；所述第一连接孔中设置有金属连接柱，且所述第一连接孔中的金属连接柱的上端与所述钼片的下表面钎焊连接，所述第一连接孔中的金属连接柱的下端与一块所述导电片的上表面钎焊连接；所述第二连接孔中设置有金属连接柱，且所述第二连接孔中的金属连接柱的上端与所述打线片的下表面钎焊连接，所述第二连接孔中的金属连接柱的下端与另一块所述导电片的上表面钎焊连接；所述金属环框通过钎焊固定在所述陶瓷基座的上表面上的四周边沿处；所述金属盖板通过平行缝焊密封固定在所述金属环框的上面开口处；所述芯片通过焊料烧结固定在所述钼片上；所述内引线焊片的一端与所述芯片的电极连接，且所述内引线焊片的另一端与所述外壳中的打线片连接。2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述焊料为铅锡银焊料。3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述内引线焊片为无氧铜表面镀镍。4.一种权利要求1所述的抗大电流冲击高可靠表面贴装的二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)芯片烧结：待粘片机温度稳定后，用点温计的测温头分别与烧结炉的预热区与烧结区充分接触，控制预热区及烧结区表面温度在工艺条件规定范围内；然后从氮气柜中取出外壳，然后开始向烧结炉内供给氢气与氮气，控制氢气流量至少0.5L/min，氮气流量至少5L/min；取一只外壳放至预热区进行预热处理，控制预热区表面温度为190℃±10℃，预热时间为10min±6min；然后将外壳放至烧结区进行烧结处理，控制烧结区表面温度为400℃±10℃，烧结时间不大于2min；然后夹起...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝财，马捷，李东华，侯杰，王爱敏，
申请(专利权)人：济南市半导体元件实验所，
类型：发明
国别省市：山东;37