本實用新型涉及半導體封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管。

背景技術(shù)：

目前，航空系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、交/直流電源等各個領(lǐng)域為提高整機可靠性，要求配套的器件具有瞬態(tài)功率大、響應時間短、漏電流低、擊穿電壓偏差小等特點，能有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

目前，表面貼裝的具有一定電流或功率的二極管器件大多數(shù)為塑料封裝。塑料封裝的半導體器件，受塑封材質(zhì)和生產(chǎn)工藝的限制其工作溫度范圍和可靠性都滿足不了惡劣環(huán)境的使用要求，特別是在潮濕和鹽氣重的情況下不能長期工作，其封裝的特點決定了其不能用于高可靠領(lǐng)域。

因此，如何提供一種抗大電流沖擊可靠性高且生產(chǎn)加工工藝較簡單，便于大批量生產(chǎn)的二極管器件是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管，該二極管抗大電流沖擊，可靠性高且生產(chǎn)加工工藝較簡單，便于大批量生產(chǎn)。

為解決上述的技術(shù)問題，本實用新型提供的技術(shù)方案為：

一種抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管，包括用于封裝的外殼、芯片、用于將所述芯片固定于所述外殼上的焊料以及用于將所述芯片的電極與外殼的電極連接的內(nèi)引線焊片；

所述外殼包括兩塊導電片、金屬連接柱、陶瓷基座、鉬片、打線片、金屬環(huán)框以及金屬蓋板；

所述陶瓷基座的部分上表面上開設(shè)有用于放置所述芯片的凹坑，所述凹坑的內(nèi)底面上開設(shè)有第一連接孔，所述陶瓷基座的剩余上表面上開設(shè)有第二連接孔，所述陶瓷基座的四周側(cè)面上設(shè)置有側(cè)面金屬化層；

所述鉬片通過釬焊固定于所述陶瓷基座上的凹坑中且覆蓋所述凹坑中的第一連接孔；

所述打線片通過釬焊固定于所述陶瓷基座的剩余上表面上且覆蓋所述第二連接孔；

所述導電片通過釬焊固定于所述陶瓷基座的下底面上；

所述第一連接孔中設(shè)置有金屬連接柱，且所述第一連接孔中的金屬連接柱的上端與所述鉬片的下表面釬焊連接，所述第一連接孔中的金屬連接柱的下端與一塊所述導電片的上表面釬焊連接；

所述第二連接孔中設(shè)置有金屬連接柱，且所述第二連接孔中的金屬連接柱的上端與所述打線片的下表面釬焊連接，所述第二連接孔中的金屬連接柱的下端與另一塊所述導電片的上表面釬焊連接；

所述金屬環(huán)框通過釬焊固定在所述陶瓷基座的上表面上的四周邊沿處；

所述金屬蓋板通過平行縫焊密封固定在所述金屬環(huán)框的上面開口處；

所述芯片通過焊料燒結(jié)固定在所述鉬片上；

所述內(nèi)引線焊片的一端與所述芯片的電極連接，且所述內(nèi)引線焊片的另一端與所述外殼中的打線片連接。

優(yōu)選的，所述焊料為鉛錫銀焊料。

優(yōu)選的，所述內(nèi)引線焊片為無氧銅表面鍍鎳。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供了一種抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管，本申請采用金屬陶瓷外殼滿足了半導體器件對外殼的可靠性要求，滿足了半導體器件中的電路對密封和高介質(zhì)耐電壓的要求，且結(jié)構(gòu)簡單，并且所述外殼能適應多種類型的芯片的封裝，特別是具有大浪涌電流需要鍵合多根鍵合絲或線排或燒結(jié)導帶的芯片的封裝，金屬陶瓷外殼屬于密封性外殼，可以解決塑料封裝器件在潮濕環(huán)境下的潮氣吸入問題，金屬陶瓷外殼工作溫度范圍比塑封的要寬，有一定電流或功率要求的塑料封裝器件的工作溫度一般在85℃以下，而金屬陶瓷外殼可以實現(xiàn)芯片的極限工作溫度范圍；

將芯片通過焊料燒結(jié)固定在外殼的燒結(jié)區(qū)上，采用低溫合金焊料，在N₂、H₂保護氣氛中進行低溫快速合金燒結(jié)，解決了外殼基板材料與芯片之間的熱膨脹系數(shù)匹配的問題，配合燒結(jié)過程中氮氫保護氣氛的控制防止了氧化層的出現(xiàn)，降低了燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間對產(chǎn)品高溫性能的影響；

采用燒結(jié)方式用內(nèi)引線焊片把芯片的電極與外殼的電極相連，內(nèi)引線焊片采用無氧銅片表面鍍鎳，內(nèi)引線焊片具有耐大電流沖擊、散熱好、可靠性高等優(yōu)勢，采用內(nèi)引線焊片可以使從芯片到引出端的有效截面達到很大的截面積，從而實現(xiàn)了耐大電流沖擊吸收瞬態(tài)功率大等優(yōu)勢，塑料封裝器件工作溫度受限原因之一是引出端之間通過燒結(jié)的方式連接起來，在溫度變化較大時，不同材料的熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生內(nèi)部應力無法釋放，很容易造成芯片損傷而導致器件失效，為此本申請采用燒結(jié)方式用內(nèi)引線焊片把芯片的電極與外殼的電極相連，采用有一定弧度的內(nèi)引線焊片，在溫度變化時材料熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的內(nèi)部應力可以釋放出去，確保了半導體器件工作的可靠性，同時燒結(jié)前對器件進行等離子清洗，去除芯片表面、引線鍵合區(qū)上的氧化層和雜質(zhì)，保證燒結(jié)焊點之間接觸可靠，從而保證產(chǎn)品長期可靠性；

然后采取平行縫焊的方式將外殼中的蓋板與外殼中的金屬環(huán)框密封連接在一起，形成一個密封的整體，使得本實用新型產(chǎn)品為空腔密封器件，相對于塑封器件的半密封而言，其質(zhì)量及可靠性得到大幅提升。

綜上，本實用新型提供了一種抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管，該二極管器件使用金屬陶瓷外殼、芯片通過焊料燒結(jié)固定在外殼的燒結(jié)區(qū)、采用燒結(jié)方式用內(nèi)引線焊片把芯片的電極與外殼的電極相連以及平行縫焊密封，克服了原有塑料封裝器件因工作環(huán)境受限不能用于高可靠器件領(lǐng)域的問題，該二極管是一種高效能保護器件，當其兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10^-12s量級的速度，將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞，該表面貼裝二極管使原有的電路在不改變焊盤尺寸即電路板不作改動的情況下實現(xiàn)原位替代，并且可靠性得到提高，生產(chǎn)加工工藝較簡單，便于大批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中表面貼裝塑封器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的一種高可靠表面貼裝的二極管的外殼的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中的外殼去掉蓋板后的陶瓷基座與金屬環(huán)框的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的一種高可靠表面貼裝的二極管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中的二極管的主視圖；

圖6為圖4中的二極管的仰視圖。

圖中：1導電片，2金屬連接柱，3陶瓷基座，4鉬片，5打線片，6金屬環(huán)框，7金屬蓋板，8第二連接孔，9側(cè)面金屬化層，10凹坑，11芯片，12焊料，13內(nèi)引線焊片。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“軸向”、“徑向”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“豎直”、“水平”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”，可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的的正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征的正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

參照圖1～圖6，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中表面貼裝塑封器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的一種高可靠表面貼裝的二極管的外殼的分解結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中的外殼去掉蓋板后的陶瓷基座與金屬環(huán)框的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型實施例提供的一種高可靠表面貼裝的二極管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中的二極管的主視圖；圖6為圖4中的二極管的仰視圖。

本申請?zhí)峁┝艘环N抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管，包括用于封裝的外殼、芯片11、用于將所述芯片11固定于所述外殼上的焊料12以及用于將所述芯片11的電極與外殼的電極連接的內(nèi)引線焊片13；

所述外殼包括兩塊導電片1、金屬連接柱2、陶瓷基座3、鉬片4、打線片5、金屬環(huán)框6以及金屬蓋板7；

所述陶瓷基座3的部分上表面上開設(shè)有用于放置所述芯片的凹坑10，所述凹坑10的內(nèi)底面上開設(shè)有第一連接孔，所述陶瓷基座的剩余上表面上開設(shè)有第二連接孔8，所述陶瓷基座3的四周側(cè)面上設(shè)置有側(cè)面金屬化層9；

所述鉬片4通過釬焊固定于所述陶瓷基座3上的凹坑10中且覆蓋所述凹坑10中的第一連接孔；

所述打線片5通過釬焊固定于所述陶瓷基座3的剩余上表面上且覆蓋所述第二連接孔8；

所述導電片1通過釬焊固定于所述陶瓷基座3的下底面上；

所述第一連接孔中設(shè)置有金屬連接柱2，且所述第一連接孔中的金屬連接柱2的上端與所述鉬片4的下表面釬焊連接，所述第一連接孔中的金屬連接柱2的下端與一塊所述導電片1的上表面釬焊連接；

所述第二連接孔8中設(shè)置有金屬連接柱2，且所述第二連接孔8中的金屬連接柱2的上端與所述打線片5的下表面釬焊連接，所述第二連接孔8中的金屬連接柱2的下端與另一塊所述導電片1的上表面釬焊連接；

所述金屬環(huán)框6通過釬焊固定在所述陶瓷基座3的上表面上的四周邊沿處；

所述金屬蓋板7通過平行縫焊密封固定在所述金屬環(huán)框6的上面開口處；

所述芯片11通過焊料12燒結(jié)固定在所述鉬片4上；

所述內(nèi)引線焊片13的一端與所述芯片11的電極連接，且所述內(nèi)引線焊片13的另一端與所述外殼中的打線片5連接。

在本實用新型的一個實施例中，所述焊料12為鉛錫銀焊料。

在本實用新型的一個實施例中，所述內(nèi)引線焊片13為無氧銅表面鍍鎳。

本申請還提供了一種上述的抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管的制備方法，包括以下步驟：

1)芯片燒結(jié)：

待粘片機溫度穩(wěn)定后，用點溫計的測溫頭分別與燒結(jié)爐的預熱區(qū)與燒結(jié)區(qū)充分接觸，控制預熱區(qū)及燒結(jié)區(qū)表面溫度在工藝條件規(guī)定范圍內(nèi)；

然后從氮氣柜中取出外殼，然后開始向燒結(jié)爐內(nèi)供給氫氣與氮氣，控制氫氣流量至少0.5L/min，氮氣流量至少5L/min；

取一只外殼放至預熱區(qū)進行預熱處理，控制預熱區(qū)表面溫度為190℃±10℃，預熱時間為10min±6min；

然后將外殼放至燒結(jié)區(qū)進行燒結(jié)處理，控制燒結(jié)區(qū)表面溫度為400℃±10℃，燒結(jié)時間不大于2min；

然后夾起焊絲，使焊絲末端接觸外殼的鉬片4，焊絲末端受熱熔化成焊料滴于外殼的鉬片4上，然后將芯片11平放在焊料12上，移動芯片11直至芯片11的四周邊沿的外側(cè)能夠看到焊料12；

然后取保護片平放在芯片11上，然后將帶有芯片11的外殼放置在氮氣噴口處進行冷卻，然后下壓保護片2s～3s，冷卻10min±2min后取下保護片；

2)內(nèi)引線焊片燒結(jié)

將步驟1)得到的燒結(jié)固定芯片11后的外殼裝入石墨船，然后在所述芯片11的電極上以及打線片5上各放置鉛錫銀焊片，然后將所述內(nèi)引線焊片的一端搭接在所述芯片上的鉛錫銀焊片上，將所述內(nèi)引線焊片的另一端搭接在所述打線片上的鉛錫銀焊片上，然后蓋上石墨船的蓋子，然后放入燒結(jié)爐進行氮氫保護氣氛燒結(jié)，使得所述內(nèi)引線焊片的一端與所述芯片的電極連接，且所述內(nèi)引線焊片的另一端與所述外殼中的打線片連接；

控制在燒結(jié)爐內(nèi)先預熱10min±2min，再恒溫20min±2min，最后冷卻15min±2min，恒溫期間內(nèi)的燒結(jié)溫度為350℃～400℃，氮氣流量≥20L/min、氫氣流量≥2L/min；

3)平行縫焊

首先進行真空烘焙；

然后通過平行縫焊將所述金屬蓋板密封固定在所述金屬環(huán)框的上面開口處，控制點焊功率為1400W～1600W，縫焊功率為1600W～1800W，縫焊壓力為0.98N～1.176N，脈沖周期為90ms～110ms，脈沖寬度為6ms～10ms，速度為2.0mm/s～3.0mm/s；至此二極管制備完成。

在本實用新型的一個實施例中，所述芯片采用硅P-N-P臺面工藝制造，是在N型單晶片雙面深結(jié)擴硼，形成P-N-P結(jié)構(gòu)，再在雙面刻槽形成P-N-P臺面，然后做玻璃鈍化制成。

在本實用新型的一個實施例中，所述步驟1)中，在燒結(jié)區(qū)進行燒結(jié)的燒結(jié)時間內(nèi)，控制焊料熔化時間為5s～10s，將芯片粘在焊料上的粘片時間為30s～40s，蓋保護片時間為5s～10s。

在本實用新型的一個實施例中，所述焊絲為鉛錫銀焊絲，成分為Pb92.5％—Sn5％—Ag2.5％。

在本實用新型的一個實施例中，所述內(nèi)引線焊片為無氧銅表面鍍鎳，純度為99.97％。

在本實用新型的一個實施例中，所述步驟3)中，真空烘焙的溫度為180℃，真空烘焙時間為4h，真空烘焙的真空度＜0.1個大氣壓。

為了進一步理解本實用新型，下面結(jié)合實施例對本實用新型提供的一種抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管的制備方法進行詳細說明，本實用新型的保護范圍不受以下實施例的限制。

實施例1

一種抗大電流沖擊高可靠表面貼裝的二極管的制備方法，包括以下步驟：

1)芯片燒結(jié)：

待粘片機溫度穩(wěn)定后，用點溫計的測溫頭分別與燒結(jié)爐的預熱區(qū)與燒結(jié)區(qū)充分接觸，控制預熱區(qū)及燒結(jié)區(qū)表面溫度在工藝條件規(guī)定范圍內(nèi)；

然后從氮氣柜中取出外殼，然后開始向燒結(jié)爐內(nèi)供給氫氣與氮氣，控制氫氣流量為0.6L/min，氮氣流量為7L/min；

取一只外殼放至預熱區(qū)進行預熱處理，控制預熱區(qū)表面溫度為195℃，預熱時間為12min；

然后將外殼放至燒結(jié)區(qū)進行燒結(jié)處理，控制燒結(jié)區(qū)表面溫度為395℃，燒結(jié)時間為1.5min；

然后夾起焊絲，使焊絲末端接觸外殼的鉬片，焊絲末端受熱熔化成焊料滴于外殼的鉬片上，然后將芯片平放在焊料上，移動芯片直至芯片的四周邊沿的外側(cè)能夠看到焊料；

然后取保護片平放在芯片上，然后將帶有芯片的外殼放置在氮氣噴口處進行冷卻，然后下壓保護片3s，冷卻10min后取下保護片；

所述芯片采用硅P-N-P臺面工藝制造，是在N型單晶片雙面深結(jié)擴硼，形成P-N-P結(jié)構(gòu)，再在雙面刻槽形成P-N-P臺面，然后做玻璃鈍化制成；

在燒結(jié)區(qū)進行燒結(jié)的燒結(jié)時間內(nèi)，控制焊料熔化時間為6s，將芯片粘在焊料上的粘片時間為35s，蓋保護片時間為7s；

所述焊絲為鉛錫銀焊絲，成分為Pb92.5％—Sn5％—Ag2.5％；

2)內(nèi)引線焊片燒結(jié)

將步驟1)得到的燒結(jié)固定芯片后的外殼裝入石墨船，然后在所述芯片的電極上以及打線片上各放置鉛錫銀焊片，然后將所述內(nèi)引線焊片13的一端搭接在所述芯片11上的鉛錫銀焊片上，將所述內(nèi)引線焊片13的另一端搭接在所述打線片5上的鉛錫銀焊片上，然后蓋上石墨船的蓋子，然后放入燒結(jié)爐進行氮氫保護氣氛燒結(jié)，使得所述內(nèi)引線焊片13的一端與所述芯片11的電極連接，且所述內(nèi)引線焊片13的另一端與所述外殼中的打線片5連接；

所述內(nèi)引線焊片13為無氧銅表面鍍鎳，純度為99.97％。

控制在燒結(jié)爐內(nèi)先預熱11min，再恒溫19min，最后冷卻14min，恒溫期間內(nèi)的燒結(jié)溫度為370℃，氮氣流量為25L/min、氫氣流量為4L/min；

3)平行縫焊

首先進行真空烘焙，真空烘焙的溫度為180℃，真空烘焙時間為4h，真空烘焙的真空度為0.05個大氣壓；

然后通過平行縫焊將所述金屬蓋板7密封固定在所述金屬環(huán)框6的上面開口處，控制點焊功率為1450W，縫焊功率為1700W，縫焊壓力為1.05N，脈沖周期為95ms，脈沖寬度為8ms，速度為2.4mm/s；至此二極管制備完成。

本實用新型未詳盡描述的方法和裝置均為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。

本文中應用了具體實施例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。