一种二极管低温陶瓷封装工艺方法技术

本发明专利技术公开一种二极管低温陶瓷封装工艺方法，将二极管芯片通过焊料焊接到引线框架的预设位置，并对二极管芯片进行粗铝丝超声键合；将超声键合后的引线框架放置于铸型模具中，并引线框架进行位置固定；将混合有胶黏剂的低温陶瓷粉填充到铸型模具中，使含有胶黏剂的低温陶瓷粉完全包裹住引线框架；对铸型模具中含有胶黏剂的低温陶瓷粉及引线框架进行压实，在140‑160℃下进行预成型；通过高温回流焊炉对预成型的二极管进行固化，固化温度为600‑650℃，最终成型。本发明专利技术加工产品能够满足更高的温度使用范围，散热能力更强，能够承受更大的电流和电压负载，具有很好的耐湿抗盐雾能力，满足新能源、电力系统及军工等高端领域使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种二极管低温陶瓷封装工艺方法
本专利技术涉及一种二极管低温陶瓷封装工艺方法，特别是涉及大功率半导体器件TO系列产品的封装，属于二极管封装

技术介绍
二极管又称晶体二极管,是只往一个方向传送电流的电子零件，其具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。TO系列二极管是两个二极管芯，一般是将两芯片的同一极放在共同导电平台上成一个电极，使两个二极管的4个电极缩减成3个电极，然后往同一边延伸出引线，称为TO。目前，大功率半导体器件TO系列产品普遍采用环氧树脂塑封工艺，传统塑封器件是采用高压注塑机，将环氧树脂在高温下加热使其软化，呈流体状，在压力作用下注塑成型，将引线框架包裹在内部，容易造成注塑空洞，影响产品散热，此类产品优点是工艺简单，成本低，缺点是产品耐高温特性、耐湿及抗盐雾能力差，可靠性不高，主要应用于家电等低功率领域。而工业控制和电力系统等领域所应用的该类产品功率普遍较大，要求产品具有良好的散热性和稳定性，可靠性要求很高。因此亟需一种新的技术方案对二极管进行封装以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种二极管低温陶瓷封装工艺方法，采用低温陶瓷封装工艺进行大功率半导体器件的封装，加工产品能够满足更高的温度使用范围，散热能力更强，能够承受更大的电流和电压负载，具有很好的耐湿抗盐雾能力，产品长期可靠性可达10-20年，完全满足新能源、电力系统及军工等高端领域的使用要求。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种二极管低温陶瓷封装工艺方法，所述工艺方法包括以下步骤：(1)引线框架焊接，将二极管芯片通过焊料焊接到引线框架的预设位置，并对二极管芯片进行粗铝丝超声键合；(2)置模固定，将超声键合后的引线框架放置于铸型模具中，并引线框架进行位置固定；(3)填充包裹，将混合有胶黏剂的低温陶瓷粉填充到铸型模具中，使含有胶黏剂的低温陶瓷粉完全包裹住引线框架；(4)压实预成型，对铸型模具中含有胶黏剂的低温陶瓷粉及引线框架进行压实，在140-160℃下进行预成型；(5)固化成型，通过高温回流焊炉对预成型的二极管进行固化，固化温度为600-650℃，最终成型。作为一种二极管低温陶瓷封装工艺方法的优选，所述步骤(1)中的焊料采用高温焊料无铅焊锡，通过粗铝焊机对二极管芯片进行粗铝丝超声键合。焊锡是在焊接线路中连接电子元器件的重要工业原材料，是一种熔点较低的焊料，主要用锡基合金做的焊料。高温无铅焊锡有Sn-Ag系、Sn-Cu系和Sn-Sb系；Sn-Ag系共晶成分为Sn3.5Ag，共晶点为221℃，Sn-Cu的共晶成分为Sn0.7Cu，共晶温度高达227℃，Sn-Sb合金熔化区间较窄为240～250℃。超声键合是由超声发生器、压电换能器、变幅杆以及键合工具组成。键合的原理是工频电信号由超声发生器转换成主频约60kHz的电信号，为超声换能器提供超声源，电信号经过换能器产生高频振动，通过变幅杆传递到劈刀，劈刀在超声功率及压力的作用下，使铝线在基板表面上来回摩擦，去除了表面的氧化膜，同时超声能量被金属丝吸收，使得金属表面产生塑性形变，两金属面紧密接触，最终依靠原子力的引力实现键合。作为一种二极管低温陶瓷封装工艺方法的优选，所述步骤(3)中低温陶瓷粉为低温共烧陶瓷粉，低温陶瓷粉的粒径为20-30微米。低温陶瓷粉成分主要为二氧化硅67％、氧化铝22％、结晶水11％。作为一种二极管低温陶瓷封装工艺方法的优选，所述步骤(3)中混入胶黏剂占低温陶瓷粉的比例为1％-3％。胶黏剂通过界面的黏附和内聚等作用，能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起的天然的或合成的、有机的或无机的一类物质，胶黏剂类属于熔融型无机胶，主要成分为石英32％、破璃熔料22％、二氧化硅1％、羰基铁12％、金属铝粉5％、水28％。作为一种二极管低温陶瓷封装工艺方法的优选，所述铸型模具包括壳体和压板，壳体内部形成有容纳腔，步骤(2)中将超声键合后的引线框架放置于铸型模具的容纳腔中，步骤(3)中将混合有胶黏剂的低温陶瓷粉灌注到铸型模具的容纳腔中，步骤(4)中通过压板对铸型模具中含有胶黏剂的低温陶瓷粉及引线框架进行压实。本专利技术的有益效果是：采用低温陶瓷粉成型固化工艺，由于陶瓷粉呈细小粉末状，可以充分填充空隙，大大降低空洞率，使空洞率降低到1％以内，提升产品的散热性和耐高温性；陶瓷粉固化后，热膨胀系数接近引线框架，可以实现良好的热匹配，增强产品的耐高低温冲击能力；传统塑封器件使用温度普遍在-40℃至85℃之间，湿度85％RH下稳定工作168小时，采用本专利技术方法的产品工作温度可达到-55℃至125℃之间，湿度85％RH下可稳定工作1000小时；传统塑封器件的极限承载电流一般为150A以下，采用本专利技术方法产品的极限承载电流可达200A以上。附图说明图1为二极管低温陶瓷封装工艺方法流程图；图2为二极管低温陶瓷封装工艺方法中经步骤(1)处理后的产品示意图；图3为二极管低温陶瓷封装工艺方法中步骤(2)处理示意图；图4为二极管低温陶瓷封装工艺方法中步骤(3)和(4)处理示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1、图2、图3和图4所示，一种二极管低温陶瓷封装工艺方法，所述工艺方法包括以下步骤：S1：引线框架焊接，将二极管芯片1通过焊料焊接到引线框架2的预设位置，并对二极管芯片1进行粗铝丝3超声键合；S2：置模固定，将超声键合后的引线框架2放置于铸型模具4中，并引线框架2进行位置固定；S3：填充包裹，将混合有胶黏剂的低温陶瓷粉5填充到铸型模具4中，使含有胶黏剂的低温陶瓷粉5完全包裹住引线框架2；S4：压实预成型，对铸型模具4中含有胶黏剂的低温陶瓷粉5及引线框架2进行压实，在140-160℃下进行预成型；S5：固化成型，通过高温回流焊炉对预成型的二极管进行固化，固化温度为600-650℃，最终成型。二极管低温陶瓷封装工艺方法的一个实施例中，所述步骤S1中的焊料采用高温焊料无铅焊锡，通过粗铝焊机对二极管芯片1进行粗铝丝3超声键合。焊锡是在焊接线路中连接电子元器件的重要工业原材料，是一种熔点较低的焊料，主要用锡基合金做的焊料。高温无铅焊锡有Sn-Ag系、Sn-Cu系和Sn-Sb系；Sn-Ag系共晶成分为Sn3.5Ag，共晶点为221℃，Sn-Cu的共晶成分为Sn0.7Cu，共晶温度高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二极管低温陶瓷封装工艺方法，其特征在于：所述工艺方法包括以下步骤：(1)引线框架焊接，将二极管芯片通过焊料焊接到引线框架的预设位置，并对二极管芯片进行粗铝丝超声键合；(2)置模固定，将超声键合后的引线框架放置于铸型模具中，并引线框架进行位置固定；(3)填充包裹，将混合有胶黏剂的低温陶瓷粉填充到铸型模具中，使含有胶黏剂的低温陶瓷粉完全包裹住引线框架；(4)压实预成型，对铸型模具中含有胶黏剂的低温陶瓷粉及引线框架进行压实，在140‑160℃下进行预成型；(5)固化成型，通过高温回流焊炉对预成型的二极管进行固化，固化温度为600‑650℃，最终成型。

【技术特征摘要】
1.一种二极管低温陶瓷封装工艺方法，其特征在于：所述工艺方法包括以下步骤：(1)引线框架焊接，将二极管芯片通过焊料焊接到引线框架的预设位置，并对二极管芯片进行粗铝丝超声键合；(2)置模固定，将超声键合后的引线框架放置于铸型模具中，并引线框架进行位置固定；(3)填充包裹，将混合有胶黏剂的低温陶瓷粉填充到铸型模具中，使含有胶黏剂的低温陶瓷粉完全包裹住引线框架；(4)压实预成型，对铸型模具中含有胶黏剂的低温陶瓷粉及引线框架进行压实，在140-160℃下进行预成型；(5)固化成型，通过高温回流焊炉对预成型的二极管进行固化，固化温度为600-650℃，最终成型。2.根据权利要求1所述的一种二极管低温陶瓷封装工艺方法，其特征在于：所述步骤(1)中的焊料采...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜维宾，孙叔翔，徐冰，金浩，
申请(专利权)人：烟台台芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37