本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高可靠表面貼裝的二極管及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前，航天、航空、船舶、兵器等領(lǐng)域大量使用一定電流或功率的表面貼裝二極管器件，要求熱阻小、耐沖擊性能好、可靠性高等特點(diǎn)，為提高整機(jī)可靠性提供前提。

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(dǎo)體器件，見圖1，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(diǎn)決定了其不能用于高可靠領(lǐng)域。

因此，如何提供一種可靠性高且生產(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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高可靠表面貼裝的二極管，該二極管的可靠性高且生產(chǎn)加工工藝較簡單，便于大批量生產(chǎn)。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種上述高可靠表面貼裝的二極管的制備方法。

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種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鍵合絲；

所述外殼包括兩塊導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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；

所述鍵合絲的一端與所述芯片的鍵合區(qū)連接，且所述鍵合絲的另一端與所述外殼中的打線片連接。

優(yōu)選的，所述芯片的背面設(shè)置有三層復(fù)合金屬化層，從內(nèi)到外依次鈦-鎳-銀，所述芯片的正面為鋁層，所述鋁層的厚度大于2微米。

優(yōu)選的，所述焊料為鉛錫銀焊料。

優(yōu)選的，所述鍵合絲為鋁絲，直徑為250μm。

本申請還提供了一種上述的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(jī)溫度穩(wěn)定后，用點(diǎn)溫計(jì)的測溫頭分別與燒結(jié)爐的預(yù)熱區(qū)與燒結(jié)區(qū)充分接觸，控制預(yù)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?dú)夤裰腥〕鐾鈿ぃ缓箝_始向燒結(jié)爐內(nèi)供給氫氣與氮?dú)?，控制氫氣流量?00mL/min±100mL/min，氮?dú)饬髁繛?L/min±1L/min；

取一只外殼放至預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱處理，控制預(yù)熱區(qū)表面溫度為200℃±5℃，預(yù)熱時間為4min～6min；

然后將外殼放至燒結(jié)區(qū)進(jìn)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，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(hù)片平放在芯片上，然后將帶有芯片的外殼放置在氮?dú)鈬娍谔庍M(jìn)行冷卻，然后下壓保護(hù)片2s～3s，冷卻10min后取下保護(hù)片；

2)超聲鍵合

先通過超聲鍵合處理將所述鍵合絲的一端與所述外殼中的打線片連接，再通過超聲鍵合處理將所述鍵合絲的另一端與所述芯片的鍵合區(qū)連接，控制超聲鍵合處理中的相對超聲功率為100～150W，相對超聲時間為150～300ms，相對超聲壓力為20～26gf；

3)平行縫焊

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(diǎn)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。

優(yōu)選的，所述焊絲為鉛錫銀焊絲，成分為Pb92.5％—Sn5％—Ag2.5％。

優(yōu)選的，所述鍵合絲為鋁絲，直徑為250μm，純度大于等于99.99％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種高可靠表面貼裝的二極管及其制備方法，本申請采用金屬陶瓷外殼滿足了半導(dǎo)體器件對外殼的可靠性要求，滿足了半導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)芯片的極限工作溫度范圍；

本申請將芯片通過焊料燒結(jié)固定在外殼的燒結(jié)區(qū)上，采用低溫合金焊料進(jìn)行快速合金燒結(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?dú)浔Ｗo(hù)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；

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(yīng)力無法釋放，很容易造成芯片損傷而導(dǎo)致器件失效，為此本申請采用超聲鍵合的方式用鍵合絲把芯片的鍵合區(qū)與外殼的鍵合區(qū)相連，采高純鋁絲超聲鍵合，鍵合絲有一定的弧度，在溫度變化時材料熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力可以釋放出去，確保了半導(dǎo)體器件工作的可靠性，同時鍵合前對器件進(jìn)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(diǎn)之間接觸可靠，從而保證產(chǎn)品長期可靠性；

最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，使得本發(fā)明產(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，本申請?zhí)峁┝艘环N高可靠表面貼裝的二極管及其制備方法，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)、采用超聲鍵合的方式用鍵合絲把芯片的鍵合區(qū)與外殼的鍵合區(qū)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(shí)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為本發(fā)明實(shí)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為本發(fā)明實(shí)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(dǎo)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鍵合絲。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，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(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，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發(fā)明和簡化描述，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發(fā)明的限制。

在本發(fā)明中，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為本發(fā)明實(shí)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為本發(fā)明實(shí)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鍵合絲13；

所述外殼包括兩塊導(dǎo)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11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3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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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；

所述鍵合絲13的一端與所述芯片11的鍵合區(qū)連接，且所述鍵合絲13的另一端與所述外殼中的打線片5連接。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述芯片11的背面設(shè)置有三層復(fù)合金屬化層，從內(nèi)到外依次鈦-鎳-銀，所述芯片11的正面為鋁層，所述鋁層的厚度大于2微米。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述焊料12為鉛錫銀焊料。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述鍵合絲13為鋁絲，直徑為250μm。

本申請還提供了一種上述的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(jī)溫度穩(wěn)定后，用點(diǎn)溫計(jì)的測溫頭分別與燒結(jié)爐的預(yù)熱區(qū)與燒結(jié)區(qū)充分接觸，控制預(yù)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?dú)夤裰腥〕鐾鈿?，然后開始向燒結(jié)爐內(nèi)供給氫氣與氮?dú)?，控制氫氣流量?00mL/min±100mL/min，氮?dú)饬髁繛?L/min±1L/min；

取一只外殼放至預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱處理，控制預(yù)熱區(qū)表面溫度為200℃±5℃，預(yù)熱時間為4min～6min；

然后將外殼放至燒結(jié)區(qū)進(jìn)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(hù)片平放在芯片11上，然后將帶有芯片11的外殼放置在氮?dú)鈬娍谔庍M(jìn)行冷卻，然后下壓保護(hù)片2s～3s，冷卻10min后取下保護(hù)片；

2)超聲鍵合

先通過超聲鍵合處理將所述鍵合絲13的一端與所述外殼中的打線片5連接，再通過超聲鍵合處理將所述鍵合絲13的另一端與所述芯片11的鍵合區(qū)連接，控制超聲鍵合處理中的相對超聲功率為100～150W，相對超聲時間為150～300ms，相對超聲壓力為20～26gf；

3)平行縫焊

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(diǎn)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。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述焊絲為鉛錫銀焊絲，成分為Pb92.5％—Sn5％—Ag2.5％。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述鍵合絲13為鋁絲，直徑為250μm，純度大于等于99.99％。

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明提供的一種高可靠表面貼裝的二極管的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。

實(shí)施例1

一種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(jī)溫度穩(wěn)定后，用點(diǎn)溫計(jì)的測溫頭分別與燒結(jié)爐的預(yù)熱區(qū)與燒結(jié)區(qū)充分接觸，控制預(yù)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?dú)夤裰腥〕鐾鈿?，然后開始向燒結(jié)爐內(nèi)供給氫氣與氮?dú)?，控制氫氣流量?00mL/min，氮?dú)饬髁繛?L/min；

取一只外殼放至預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱處理，控制預(yù)熱區(qū)表面溫度為200℃，預(yù)熱時間為5min；

然后將外殼放至燒結(jié)區(qū)進(jìn)行燒結(jié)處理，控制燒結(jié)區(qū)表面溫度為410℃，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；

所述焊絲為鉛錫銀焊絲，成分為Pb92.5％—Sn5％—Ag2.5％。

然后取保護(hù)片平放在芯片11上，然后將帶有芯片11的外殼放置在氮?dú)鈬娍谔庍M(jìn)行冷卻，然后下壓保護(hù)片3s，冷卻10min后取下保護(hù)片；

2)超聲鍵合

先通過超聲鍵合處理將所述鍵合絲13的一端與所述外殼中的打線片5連接，再通過超聲鍵合處理將所述鍵合絲13的另一端與所述芯片11的鍵合區(qū)連接，控制超聲鍵合處理中的相對超聲功率為135W，相對超聲時間為250ms，相對超聲壓力為25gf；

所述鍵合絲13為鋁絲，直徑為250μm，純度為99.99％；

3)平行縫焊

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(diǎn)焊功率為1500W，縫焊功率為1700W，縫焊壓力為1.1N，脈沖周期為100ms，脈沖寬度為8ms，速度為2.6mm/s；至此二極管制備完成。

本發(fā)明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(yīng)用了具體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。