高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種二極管的封裝工藝，具體的說，是一種高可靠表面貼裝玻封二極 管的封裝工藝，屬于二極管封裝技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前大量使用的小電流肖特基二極管，其封裝形式為軸向引線玻璃封裝，安裝體 積大、重量大、引線阻抗大，導致整機的體積增大、可靠性降低，已經不適合高精尖武器裝 備系統的高密度、高性能、高可靠要求。表面貼裝小電流肖特基二極管是W金屬娃化物巧曰 MoSi2)為正極，W N型半導體為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘制成的金屬娃化物一 娃接觸半導體器件。器件忍片勢壘是采用金屬娃化物一娃接觸的肖特基勢壘，提高了器件 的正向特性；同時忍片采用保護環和多層金屬化結構，提高了器件的反向耐壓反向特性和 抗熱疲勞性能。表面貼裝玻封小電流肖特基二極管系列具有正向壓降低、反向恢復快、體積 小、重量輕、效率高等特點，主要作為開關、整流二極管用于開關電源、高頻整流等電路中， 產品的性能直接影響到主電源系統的運行速度及工作效率，對于提高整機的性能及優化系 統設計等方面起到至關重要的作用，產品可廣泛應用于計算機、雷達、通訊發射機、航天飛 行器、儀器儀表等方面。
[0003] 目前，表面貼裝玻封二極管的忍片與引出端的連接方式為壓接，即利用外力巧曰彈 片的形變壓力，玻璃高溫形變的收縮力）實現忍片與引出端的接卸機械接觸，運種連接方式 可靠性低，不能滿足長期可靠性的要求。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的缺陷，本發明提供一種高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝， 利用該封裝工藝制成的二極管可靠性高，工作溫度寬，耐高溫焊接，熱匹配良好。 陽〇化]為了解決所述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種高可靠表面貼裝玻封二 極管的封裝工藝，所述二極管包括玻殼、位于玻殼內的忍片、套設在玻殼兩端的引出端，引 出端與忍片之間設有焊片，其特征在于：二極管的引出端與玻殼、引出端與焊片、忍片通過 高溫冶金工藝鍵合在一起。
[0006] 進一步的，本發明所述高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝包括W下步驟： 1) 、制備忍片，忍片厚度為210 ym±50 ym ; 2) 、用模具將忍片、焊片、引出端和玻殼裝配在一起； 3) 、氮氣燒結，打開燒結爐，按工藝條件設置工作溫度及氮氣流量，氮氣流量為1000 ml/ min± lOml/min，待爐口溫度升到300°C ±20°C時，將裝有半成品器件的模具放至爐口預熱 至少IOmin ;爐溫升到620°C ±20°C后，將模具推入恒溫區，達到預定的恒溫時間將模具拉 至爐口冷卻30min，最后取出模具自然冷卻到室溫，完成封裝，實現引出端、焊片與忍片良好 的冶金鍵合W及玻殼與引出端的密封。
[0007] 進一步的，上述恒溫過程中，恒溫時間為10-30min。
[0008] 進一步的，所述焊片為銀銅錫片，銀銅錫的重量比為6:3:1。
[0009] 進一步的，所述忍片為勢壘能耐600°C W上高溫燒結的表面鍛銀的忍片。
[0010] 進一步的，所述引出端的材料為杜美絲，引出端的外表面為銅，里面為鐵儀合金。
[0011] 本發明的有益效果：本發明所述封裝工藝利用高溫冶金工藝將二極管的引出端與 玻殼、引出端與焊片、忍片鍵合在一起，冶金鍵合結構具有可靠性高、耐大電流沖擊、熱阻 小的優點，且工作溫度范圍寬（-55°C~125°C)，耐高溫焊接(在550°C環境下15分鐘，參數 不惡化）；產品選材實現了產品的全工作溫度范圍的熱匹配；整個工藝過程中采用氮氣為保 護氣體，生產安全，無危險氣體使用；制成的二極管安裝體積小，組裝密度高，重量輕；工藝 操作簡單，易實現批量或大規模生產。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明所述表面貼裝玻封二極管的結構示意圖； 圖2為本發明所述表面貼裝玻封二極管封裝時的結構示意圖； 圖3為封裝過程中的溫度曲線圖； 圖中：1、玻殼，2、忍化3、引出端，4、焊片。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明和限定。
[0014] 如圖1所示，為本實施例中所述表面貼裝玻封二極管的結構示意圖，包括玻殼1、 位于玻殼1中間的忍片2、套設在玻殼1兩端的引出端3 W及位于引出端3和忍片2之間 的焊片4,本實施例中，通過高溫冶金鍵合工藝將玻殼1與引出端3、玻殼1與焊片4、忍片2 鍵合在一起。
[0015] 本實施中，所述高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝包括W下步驟： 1) 、制備忍片，忍片厚度為210 ym±50 ym ; 2) 、用模具將忍片、焊片、引出端和玻殼裝配在一起，如圖2所示； 3) 、氮氣燒結，打開燒結爐，按工藝條件設置工作溫度及氮氣流量，氮氣流量為1000 ml/ min± lOml/min，待爐口溫度升到300°C ±20°C時，將裝有半成品器件的模具放至爐口預熱 至少IOmin;爐溫升到620°C ±20°C后，將模具推入恒溫區，恒溫20min后將模具拉至爐口 冷卻30min，最后取出模具自然冷卻到室溫，完成封裝，實現引出端、焊片與忍片良好的冶金 鍵合W及玻殼與引出端的密封。燒結過程中的溫度變化曲線如圖3所示。
[0016] 本實施例中，所述焊片為銀銅錫片，銀銅錫的重量比為6:3:1。所述忍片的表面為 銀，其勢壘能耐600°C W上高溫燒結。所述引出端的材料為杜美絲，引出端的外表面為銅，里 面為鐵儀合金。
[0017] 本實施例所述高可靠表面貼裝玻封二極管具有耐大電流沖擊、連接可靠、熱阻小 等優勢。封裝時，需要綜合考慮肖特基忍片耐受高溫能力、忍片金屬化、玻殼材料、引出端材 料等因素，滿足熱匹配、機械強度、電流傳輸等要求。因此，為了實現產品的電參數要求和可 靠連接，應該考慮產品的參數特點和結構特性。
[0018] 玻殼采用GLASS8532型玻殼，玻殼軟化點溫度為560°C，玻殼工作點最高溫度為 760°C;焊片采用銀銅錫片，在600°C左右出現液態，到720 °C全部液態，密度為9. 57g/cc， 因此確定高溫鍵合溫度為620°C±2(TC。引出端的材料為杜美絲，引出端的外表面為銅，里 面為鐵儀合金。所述忍片的表面為銀，其勢壘能耐600°CW上高溫燒結。
[0019] 組成二極管的主要原料為引出端、玻殼、忍片、焊片(主要成分是Ag),各種材料的 熱膨脹系數見表1原材料熱膨脹洗漱表，根據材料的膨脹系數來確定產品忍片娃層的厚度 X和忍片銀層厚度和焊片厚度y，一般取娃層厚度X為0. 21mm，忍片銀層厚度0.Olmm,根據 公式（X+0. 01+y) *8. 0X10 6=巧4. 2X10 6+(0.Ol+y) *18. 9X10 6計算出焊片厚度y，實現熱 匹配。
[0020] 根據產品結構特征，主要考慮玻殼和杜美絲引出端的熱匹配性。從上表中可W看 出，運兩種材料的熱膨脹系數相近，熱匹配性良好。所W我們采用與杜美絲膨脹系數相匹配 的玻殼，并在氮氣保護氣氛中燒結，保證產品長期可靠性。
[0021] 產品燒結成型后做過多次有關熱匹配的試驗，包括抗玻璃裂化試驗，熱沖擊試驗 (液體-液體)，500次溫度沖擊試驗等各項環境機械試驗考核合格，從而證明產品的高可靠 性滿足國家軍用標準要求。
[0022] W上只是對本發明的原理進行進一步的描述和解釋，W使本領域技術人員能夠更 好的理解本發明，應該明白的是，下述內容僅起到解釋、說明的作用，并不對本發明實質性 內容進行限定，所有在本發明思路之內的改進，都應該在本發明保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝，所述二極管包括玻殼、位于玻殼內的 芯片、套設在玻殼兩端的引出端，引出端與芯片之間設有焊片，其特征在于：二極管的引出 端與玻殼、引出端與焊片、芯片通過高溫冶金工藝鍵合在一起。2. 根據權利要求1所述的高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝，其特征在于：包括 以下步驟： 1) 、制備芯片，芯片厚度為210μπι±50μπι; 2) 、用模具將芯片、焊片、引出端和玻殼裝配在一起； 3)、氮氣燒結，打開燒結爐，按工藝條件設置工作溫度及氮氣流量，氮氣流量為1000ml/ mini 10ml/min，待爐口溫度升到300°C ±20°C時，將裝有半成品器件的模具放至爐口預熱 至少lOmin ;爐溫升到620°C ±20°C后，將模具推入恒溫區，達到預定的恒溫時間將模具拉 至爐口冷卻30min，最后取出模具自然冷卻到室溫，完成封裝，實現引出端、焊片與芯片良好 的冶金鍵合以及玻殼與引出端的密封。3. 根據權利要求2所述的高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝，其特征在于：所述 恒溫時間為10-30min。4. 根據權利要求1或3所述的高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝，其特征在于： 所述焊片為銀銅錫片，銀銅錫的重量比為6:3:1。5. 根據權利要求4所述的高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝，其特征在于：所述 芯片為勢皇能耐600°C以上高溫燒結的表面鍍銀的芯片。6. 根據權利要求5所述的高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝，其特征在于：所述 引出端的材料為杜美絲，引出端的外表面為銅，里面為鐵鎳合金。
【專利摘要】本發明公開了一種高可靠表面貼裝玻封二極管的封裝工藝，所述二極管包括玻殼、位于玻殼內的芯片、套設在玻殼兩端的引出端，引出端與芯片之間設有焊片，二極管的引出端與玻殼、引出端與焊片、芯片通過高溫冶金工藝鍵合在一起。冶金鍵合結構具有可靠性高、耐大電流沖擊、熱阻小的優點，且工作溫度范圍寬（-55℃～125℃），耐高溫焊接（在550℃環境下15分鐘，參數不惡化）；產品選材實現了產品的全工作溫度范圍的熱匹配；整個工藝過程中采用氮氣為保護氣體，生產安全，無危險氣體使用；制成的二極管安裝體積小，組裝密度高，重量輕；工藝操作簡單，易實現批量或大規模生產。
【IPC分類】H01L29/66, H01L21/60
【公開號】CN105336768
【申請號】CN201510668834
【發明人】李東華, 馬捷, 侯杰, 韓希方, 侯秀萍, 張慶猛
【申請人】濟南市半導體元件實驗所
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月13日