共地化半导体管座的制造方法技术

共地化半导体器件封装件的制造方法，属于半导体器件零部件制造技术领域。本发明专利技术通过引入特定形状的氧化铍，氧化铝瓷片及熔铸云母作绝缘导热片，并在基座上设计了特定的导热片安放位置，实现了封装件的共地化。采用绝缘子与密封圈一体化或半空式绝缘子达到了封装件高气密性标准，并在中小功率的封装件中实现了无绝缘导热片共地化封装，本发明专利技术的方法简化了烧结工艺，提高了封装件的各项性能。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件的零部件的加工制造技术。在半导体器件中采用的B、F型等金属封装件，因其机械强度高，气密性好、成本适中三大优点而应用广泛。但是，这类封装件的三大缺点是壳体多与高电位相连，使其在电路中分布参量大、级间反馈大、影响整机的稳定性;尤其是大功率器件的散热器增加了整机的体积和重量;这类管壳的公共端引线电感大，输出、输入间反馈电容大，以致造成频率上限低，难以应用于微波领域。在H型、P型等封装方式中，虽然克服了上述的三个缺点，但它们的机械强度和气密性都很差，而且制造成本较高，即前述的三大优点已损失殆尽。为了寻找一种较为完善的、通用的封装方式，我们设计并制造了一种超F型高频大功率晶体管管壳，并于一九八七年一月十四日获得技术专利，专利号为85204502.6，该技术在F型管壳的基础上，通过引入绝缘导热的氧化铍瓷片，使公共端电极直接与管座相通，从而实现了管壳的共地化和微波化。管蕊在F型管座上是直接烧结在钢或铜上，由于二者的膨胀系数相差数倍之多，产生的机械应力很大，再加上晶体管工作中的反复热冲击，使系统由于热疲劳而易失效。超F晶体管的管蕊直接绕结在BeO瓷片上，二者的膨胀系数相近，产生的机械应力很小，即使在热冲击中，也很难产生热疲劳现象，虽然BeO与金属基座的膨胀系数相差较大，但因工作中BeO与基座处的温升比管蕊处小得多等机理，故新系统的可靠性提高了。但是超F型管壳尚存以下缺陷公共端串连电感尚未达到最小;氧化铍瓷片上的金属化电极图形多而复杂，制造工艺难度较大，同时限定了瓷片的面积和厚度不能太小，成本不低;厚度不能减小，附加热阻也就不能进一步减小;瓷片尺寸较大，机械应力也就较大;超F型的气密性与F型相同，F型的气密性需进一步提高，超F型的气密性同样需要提高;超F型使F型实现了微波化和共地化的原理和方法完全适用于大、中小功率的多种金属封装件和塑封件。本专利技术旨在克服已有技术的不足，提供几种制造高性能共地化半导体器件封装件的通用方法。按本专利技术制作的半导体封装件由下列主要部件构成(一)管座，包括绝缘子，基座，密封圈等;(二)金属化的导热片;(三)管帽。不同类型的晶体管管壳对应着不同形状和尺寸的管座。为了使内引线电感和公共端电极引出电感减到最小，可于安装导热片的部位制出一个形状与导热片相同，深度适当的凹槽;或在安装导热片的部位的一侧或两侧挤出凸筋，凸筋略高出管蕊少许;或者先制作-L形或π形或回形金属片，再将其点焊或烧结到共地体基座上，再将相应部分弯折90°，以上措施皆可使内引线达到最短。绝缘导热片的选用在大功率情况下以BeO为宜，而在中小功率情况也可采用Al2O3或熔铸云母。导热片形状可方可圆亦可半圆或弓形，视不同情况而定，通常矩形或圆角矩形。导热片上的金属化电极图形可减为两个到一个，平行于其边缘，留出一定空白。而后将金属化后的导热片烧结到管座上，对带有凹槽的管座，烧结到凹槽内;对带有凸筋的管座，烧结到凸筋的一侧;对带有L片等的管座，烧结到相应位置上。导热片的最佳方位是使得输出端电极柱子位于导热片短边的中垂线的延长线上，或者是使导热片的对称轴与电极柱子的中垂线重合，视管壳类型而定。这样做的目的是减小引线电感提高频率特性和输出功率。另外，导热片烧结管蕊的部分位于热阻最小的位置为佳。由于导热片上电极图形简单，可以大大减小导热片面积，可以减小到H型和超F型的20%-5%，面积减小后，在保持相同机械强度的情况下，厚度也可相应减小，从原来的1.0-1.5mm减至0.3-0.6mm为佳。由于导热片厚度的减小降低了热阻，由于面积的减小，降低了应力，同时简化了烧结工艺，降低了成本，还提高了器体的可靠性。对于H型、P型来说，由于安排、支承电极，这样小的尺寸是根本不可能的。为了提高管壳的气密性，本专利技术采用半空式绝缘子，即有玻璃的实心部分在基座平面之上，与基座焊结处淄材谖薏ＡВ朔ㄗ钍视贔型管壳。提高气密性的另一办法是将绝缘子和密封圈一体化，比如将类似G型管帽的可伐浅筒倒篏入空心金属基座上，其连接并不要求气密，筒内的一侧安置两个绝缘引出线，另一侧是散热片，如BeO或铜，共同组成管座。封帽只在可伐浅筒的翻边处进行。对于中小功率的晶体管，可以不附加导热材料制作共地化封装件。在相应集电极的顶端镦台或焊接-金属片形成一个平台，平台稍低于壳体的顶面，平台与绝缘介质密合，管蕊安装在平台上，以减小公共端引线电感和传导热量。公共端从壳体直接引出。塑封件的共地化可采用导热片法，也可不用导热片实现共地化封装。制作基座的材料可以是铜、钢、可伐、铝或它们的各种组合。管帽采用与管座匹配的尺寸，形状及材料，根据需要制得。关于管壳的制作工序，装配、制作的加工处理，均按已有技术进行。本专利技术半导器件封装件的制造方法，由于实现了公共端接管壳，从而能充分发挥管蕊的潜在性能，使公共端串连电感可减为最小，提高了功率增益，提高了频率上限，一举实现了微波化和共地化。共地化使得器件可以方便地利用机壳、底板、支架、隔离板、屏蔽盒，管帽等散热。也可多级共用散热装置。本专利技术具有机械强度高，气密性好，成本低及广适于大、中、小功率多种半导体器件。它不仅可提高器件的成品率和可靠性，而且可减小整机的体积、重量，提高稳定性和可靠性，减小推动级数，降低成本。本专利技术与已有产品相比，具有明显的优势，表1列举了它们的性能对比情况。附附图说明图1为本专利技术半导器件封装件制造方法制作的基座局部纵向剖面图。其中(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)，(g)依次为凸筋式，阶梯式、L架式、凹槽式，翻边式、贴条式、框架式基座的结构示意图。图中，11.共地体，12.绝缘导热片，13.绝缘子，15.附件，16.金属平台。图2为高气密大功率共地化封装件结构示意图。其中21.基座，22.绝缘导热片，23.绝缘子，24.蕊片，25.密封圈。图3为一种高气密大功率共地化结构示意图。其中31.基座，32.绝缘导热片，33.绝缘子，37.引出线，38.可伐圆盘。 图4为中小功率共地化封装件结构俯视图。其中(a)为共发射极接地，(b)为共基极接地。图中41.基座，42.绝缘导热片，43.绝缘子，45.附件，47.引出线(集电极)，48.引出线(基极)，49.引出线(发射极)。下面是本专利技术的最佳实施例。如图2和图1所示，管座〔21〕采用金属铜，在使用冲床冲制管座〔21〕时，在安装导热片的部位同时挤出一条凸筋〔11〕，其中高度高出管蕊0.5mm，绝缘导体热片采用BeO〔22〕，形状呈矩形，面积为5mm×3mm，厚度为0.3-0.6mm，在绝缘导热片〔22〕上平行于其边缘留出一定空白，然后将其余部分均匀涂敷金属化电极，再将金属化后的导热片〔22〕烧结到管座〔21〕上。其方法使瓷片矩形短边的中垂线穿过输出电极的柱子，使管蕊区位于热阻最小处。蕊片〔24〕安装在绝缘导热瓷片〔22〕上。下面是本专利技术的另一个实施例。如图3所示，为了提高封装体的气密性，将引线〔37〕的贯穿孔开在可伐圆盘〔38〕上，引出线〔37〕与孔壁之间填充玻璃介质〔33〕，同时，可伐圆盘〔38〕上拟安放绝缘导热片〔32〕处冲一凹槽，形状同绝缘导热片呈半圆筒形，直径10mm，绝缘导热片〔32〕采用BeO瓷片，将其钎焊于可伐圆盘〔38〕上的凹槽内，氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
共地化半导体器件封装件的制造方法，包括基座［２１］管帽的制作，绝缘导热片［２２］在基座［２１］上的安置，绝缘导热片［２２］及其金属化电极的形状和大小，绝缘子［２３］和密封圈［２５］及其与基座［２１］的结合，本专利技术的特征在于，在基座［２１］上设计了绝缘导热片［２２］的特定安装位置，在具有特定形状的绝缘导热片［２２］上少到只用一个图形的金属化电极；中小功率半导体器件封装件，可以用导热片实现共地化，也可以不用导热片另行共地化封装；此外，采用半空式绝缘子［２３］或绝缘子［２３］与密封圈［２５］一体化实现了高气密性标准。

【技术特征摘要】
1.共地化半导体器件封装件的制造方法，包括基座[21]管帽的制作，绝缘导热片[22]在基座[21]上的安置，绝缘导热片[22]及其金属化电极的形状和大小，绝缘子[23]和密封圈[25]及其与基座[21]的结合，本发明的特征在于，在基座[21]上设计了绝缘导热片[22]的特定安装位置，在具有特定形状的绝缘导热片[22]上少到只用一个图形的金属化电极；中小功率半导体器件封装件，可以用导热片实现共地化，也可以不用导热片另行共地化封装；此外，采用半空式绝缘子[23]或绝缘子[23]与密封圈[25]一体化实现了高气密性标准。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基座上绝缘导热片〔12〕的特定安放位置可采用下列任一种a、凸筋式 b、阶梯式 c、L架式 d、凹槽式 e、翻边式 f、贴条式 g、框架式3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，特定形状的绝缘导热片〔12〕是下列任一种形状。a、方形 b、圆形 c、半圆形 d、矩形 e、圆角矩形 f、弓形 g、其它形状4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，绝缘导热片〔22〕的最佳方位是，使得输出端电极柱子在导热片〔22〕短边的中垂线上。5.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，绝缘导热片〔22〕的最佳方位是，使导热片〔22〕的对称轴与电极柱连线的中垂线重合。6.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，导热片〔22〕上烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗庆海，张兴华，李如尧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]