大功率貼片元件及其加工工裝、制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種大功率貼片元件，涉及半導體技術領域，包括芯片、第一引線電極和第二引線電極，第一引線電極和第二引線電極分別通過焊料與芯片兩端焊接固定；應用的加工工裝包括上模和下模，上模與下模的配合面上均對應設有若干個沉孔，每個沉孔底部設有電極定位孔，上模和下模之間通過限位機構進行限位。利用該加工工裝，同時利用加熱爐將第一引線電極和第二引線電極分別通過焊料與芯片兩端焊接固定，可實現大批量加工制作，然后利用熱壓成型模具在其外部包封絕緣層，最后在第一引線電極和第二引線電極再分別固定貼片電極。利用本發明制作的大功率貼片元件，不僅結構簡單、制作方便，還具有良好的散熱性能，尤其適用于大批量生產。
【專利說明】
大功率貼片元件及其加工工裝、制作方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種大功率貼片元件及其加工工裝、制作方法。
【背景技術】
[0002]傳統半導體芯片的各種封裝形態的貼片保護元件功率都較小，最高也就8KW，耐電流沖擊從幾十安培到幾百安培不等，而插件元件可以達到幾十KW甚至更高，耐電流可以達到幾千安培甚至幾十千安培。
[0003]傳統的壓敏電阻，由于銀片的厚度要與其規格對應，而要使用傳統的TVS貼片框架式封裝，一種框架只能做一個規格，而開發一個系列規格產品，相對開發投入成本高。
[0004]眾所周知，TVS二極管的通流能力隨溫度升高而降低，傳統的大功率半導體元器件普遍存在散熱能力差，受到浪涌沖擊，發熱在元件內部累積，短時間無法散熱，沖擊后器件溫度升高，以至器件耐受沖擊能力降低，無法承受短時間多次大浪涌沖擊等問題。
[0005]綜上原因，市場對高性能自動化貼片大功率型器件需求已漸形成趨勢。因此設計、制作封裝兼容性強、散熱性良好的貼片元器件已成為技術人員亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、制作方便的大功率貼片元件，解決了原有大功率半導體元器件散熱能力差的技術難題。
[0007]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:
一種大功率貼片元件，包括芯片、第一引線電極和第二引線電極，所述第一引線電極和第二引線電極分別通過焊料與芯片兩端焊接固定。
[0008]優選的，所述芯片為壓敏銀片或TVS二極管芯片，所述TVS二極管芯片為層狀結構，包括TVS 二極管及其兩側的銅電極，兩側銅電極與TVS 二極管之間通過焊料焊接固定。
[0009]優選的，所述芯片、第一引線電極和第二引線電極外設絕緣層，第一引線電極和第二引線電極的引線端端部外露在絕緣層外部;所述第一引線電極和第二引線電極的外露引線端均設有貼片電極。
[0010]其中，所述TVS二極管芯片包括兩個以上的TVS二極管，自上而下銅電極與TVS二極管間隔設置形成層狀結構，每個TVS 二極管兩側均通過焊料與銅電極焊接固定。
[0011]優選的，所述芯片為圓盤狀，第一引線電極和第二引線電極結構相同，縱截面均為T型，均包括圓盤狀的連接端與圓柱狀的引線端;所述絕緣層呈圓柱狀將芯片、第一引線電極和第二引線電極包裹在內，第一引線電極和第二引線電極的引線端端部外露在絕緣層外部，第一引線電極、第二引線電極、芯片及絕緣層的中心線重合。
[0012]優選的，所述貼片電極為兩個，分別為相對設置的U型貼片電極和L型貼片電極，所述U型貼片電極中間部及L型貼片電極的長邊部均設有電極過孔，第一引線電極和第二引線電極均貫穿電極過孔;U型貼片電極的中間部和L型貼片電極的長邊部均為圓弧形，圓弧形直徑小于絕緣層外徑，L型貼片電極的短邊部及U型貼片電極的兩端部均為矩形，U型貼片電極的兩端部長度不同，分為長邊端和短邊端，U型貼片電極的短邊端與L型貼片電極的短邊部相對應。
[0013]本發明還提供一種大功率貼片元件的加工工裝，包括上模和下模，所述上模與下模的配合面上均對應設有若干個沉孔，每個沉孔底部設有電極定位孔，所述上模和下模之間通過限位機構進行限位。
[0014]優選的，所述限位機構包括限位銷和限位孔，所述限位銷為兩個、且分別設置在上模兩側，所述限位孔為兩個，對應設置在下模兩側。
[0015]優選的，所述上模與下模之間設有過渡板，所述過渡板覆蓋在上模與下模的沉孔之間；所述上模中部設有凹槽，沉孔設置在凹槽底面上，所述過渡板與凹槽配合，所述過渡板厚度與凹槽深度一致。
[0016]本發明還提供一種大功率貼片元件的制作方法，包括以下步驟:
A.利用權利要求8所述的加工工裝，焊接第一引線電極和第二引線電極，步驟如下:步驟一，在下模的所有沉孔內填裝第一引線電極，使第一引線電極下端在電極定位孔內定位，再依次填裝焊料、芯片、焊料，在上模的所有沉孔內填裝第二引線電極，使第二引線電極下端在電極定位孔內定位；
步驟二，將過渡板覆蓋在上模的凹槽內，將凹槽沉孔內的第二引線電極蓋住，將帶有過渡板的上模與下模通過限位機構配合固定，將過渡板抽出；
步驟三，將配合固定的上模與下模放置到加熱爐的輸送帶上，使焊料融化后，將芯片與第一引線電極和第二引線電極分別焊接固定形成半成品。
[0017]B.包封絕緣層:
步驟四，將步驟三得到的半成品放置到熱壓成型模具中，在其外部包封絕緣層；
C.焊接貼片電極:
步驟五，將步驟四得到的半成品放置到底模與中模組成的容納孔內，底模傾斜設置，將第一引線電極貫穿U型貼片電極的電極過孔，使U型貼片電極的短邊端在下方，利用焊錫設備將U型貼片電極與第一引線電極焊接固定；
步驟六，將配合的底模與中模翻轉180°，拆除底模，將第二引線電極貫穿L型貼片電極的電極過孔，使L型貼片電極的短邊部在下方，與U型貼片電極的短邊端相對應，利用焊錫設備將L型貼片電極與第二引線電極焊接固定。
[0018]其中，所述加熱爐可為隧道爐或真空爐。
[0019]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:利用上模和下模組成的加工工裝，將第一引線電極和第二引線電極分別通過焊料與芯片兩端焊接固定，通過在上模與下模的配合面上對應設置若干個沉孔，每個沉孔底部設有電極定位孔，且上模和下模之間通過限位機構進行限位，同時利用加熱爐可實現大批量加工制作，然后利用熱壓成型模具在其外部包封絕緣層，最后在第一引線電極和第二引線電極再分別固定貼片電極。利用本發明制作的大功率貼片元件，不僅結構簡單、制作方便，還具有良好的散熱性能，尤其適用于大批量生產。
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0021]圖1是本發明中大功率貼片元件一個實施例的結構示意圖；
圖2是本發明中大功率貼片元件一個優選實施例的結構示意圖；
圖3是含有一個TVS 二極管的TVS 二極管芯片的結構示意圖；
圖4是含有兩個TVS 二極管的TVS 二極管芯片的結構示意圖；
圖5是本發明中大功率貼片元件另一個優選實施例的結構示意圖；
圖6是U型貼片電極的結構示意圖；
圖7是L型貼片電極的結構示意圖；
圖8是下模的主視圖；
圖9是圖8的俯視圖；
圖10是圖9的左視圖；
圖11是上模的主視圖；
圖12是圖11的俯視圖；
圖13是圖12的左視圖；
圖14是過渡板與上模的配合圖；
圖15是圖14的左視圖；
圖16是上模和下模的配合圖；
圖17是圖16的俯視圖；
圖18是底模與中模的配合圖；
圖19是圖18的左視圖；
圖中:2-焊料，3-芯片，4-絕緣層，5-U型貼片電極，6-L型貼片電極，8-下模，9-上模，10-過渡板，11-第一引線電極，12-第二引線電極，13-引線端，14-連接端，31-銅電極，33-TVS 二極管，52-短邊端，53-長邊端，56-電極過孔，62-短邊部，82-限位孔，89-沉孔，90-電極定位孔，91-支腿，92-凹槽，93-限位銷，101-折邊，111-長支腿，112-短支腿。
【具體實施方式】
[0022]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0023]如圖1所示的一種大功率貼片元件，包括芯片3、第一引線電極11和第二引線電極12，所述第一引線電極11和第二引線電極12分別通過焊料2與芯片3兩端焊接固定。
[0024]其中，所述芯片3可為壓敏銀片或TVS二極管芯片，所述TVS二極管芯片為層狀結構，如圖3、4所示，包括TVS二極管33及其兩側的銅電極31，兩側銅電極31與TVS 二極管33之間通過焊料2焊接固定，TVS 二極管芯片即為瞬態抑制二極管芯片。
[0025]如圖2、5所示的優選結構，所述芯片3、第一引線電極11和第二引線電極12外設絕緣層4，第一引線電極11和第二引線電極12的引線端13端部外露在絕緣層4外部;所述第一引線電極11和第二引線電極12的外露引線端13均設有貼片電極，貼片電極可通過焊錫設備與第一引線電極11和第二引線電極12焊接固定。
[0026]其中，所述TVS二極管芯片包括兩個以上的TVS二極管33，自上而下銅電極31與TVS二極管33間隔設置形成層狀結構，每個TVS二極管33兩側均通過焊料2與銅電極31焊接固定，圖4的結構中含有兩個TVS 二極管33。
[0027]作為一種優選結構，所述芯片3為圓盤狀，第一引線電極11和第二引線電極12結構相同，縱截面均為T型，均包括圓盤狀的連接端14與圓柱狀的引線端13，第一引線電極11、第二引線電極12及芯片3的中心線重合。
[0028]進一步優選結構，所述絕緣層4呈圓柱狀將芯片3、第一引線電極11和第二引線電極12包裹在內，第一引線電極11和第二引線電極12的引線端13端部外露在絕緣層外部，第一引線電極、第二引線電極、芯片及絕緣層的中心線重合。
[0029]其中，所述貼片電極為兩個，分別為相對設置的U型貼片電極5和L型貼片電極6，如圖6、7所示，所述U型貼片電極5中間部及L型貼片電極6的長邊部均設有電極過孔56，第一引線電極11和第二引線電極12均貫穿電極過孔56; U型貼片電極5的中間部和L型貼片電極6的長邊部均為圓弧形，圓弧形直徑小于絕緣層4外徑，L型貼片電極6的短邊部62及U型貼片電極5的兩端部均為矩形，U型貼片電極的兩端部長度不同，分為長邊端53和短邊端52，U型貼片電極5的短邊端52與L型貼片電極6的短邊部62相對應，同時長邊端53更方便與PCB板連接固定。
[°03°]另外，所述芯片可選用娃材料或碳化娃材料芯片的瞬態抑制二極管TVS D1des、硅雪崩二極管ABD、晶閘體抑制管TSS或為金屬氧化物材料芯片的壓敏電阻MOV ；絕緣層4的材質可選用環氧樹脂，引線電極、銅電極、貼片電極的材質為金屬導電材質的銅、銅鋼、鐵，鐵鎳等導電金屬或合金材料，表面可經錫，銀，鎳，金等表面處理;焊料形式可為焊片或錫膏或錫線或錫或導電膠。
[0031]如圖5所示結構的大功率貼片元件更適用于自動化貼片生產;兩端的U型貼片電極5和L型貼片電極6更有助于產品散熱，提高產品性能，此封裝兼容性強，解決了壓敏銀片厚度一致性差，以至于傳統框架式封裝出現較多虛焊等問題；用熱壓成型工藝包封的環氧樹脂作為絕緣層4，比傳統液態涂裝和粉體涂裝更致密，阻燃性更好。
[0032]本發明還提供一種大功率貼片元件的加工工裝，如圖8-13所示，包括上模9和下模8，所述上模9與下模8的配合面上均對應設有若干個沉孔89，每個沉孔89底部設有電極定位孔90，所述上模9和下模8之間通過限位機構進行限位。
[0033]作為一種優選結構，所述限位機構包括限位銷93和限位孔82，所述限位銷93為兩個、且分別設置在上模9兩側，所述限位孔82為兩個，對應設置在下模8兩側。
[0034]如圖14-17，所述上模9與下模8之間還設有過渡板10，所述過渡板10覆蓋在上模9與下模8的沉孔89之間；所述上模9中部設有凹槽92，沉孔89設置在凹槽92底面上，所述過渡板10與凹槽92配合，所述過渡板10厚度與凹槽92深度一致，凹槽92深度可設為1mm。為了方便操作，所述過渡板1邊緣設有折邊1I。
[0035]所述上模9和下模8均為矩形，所述沉孔89均布對應設置在上模9與下模8配合面的中部;所述上模9和下模8均設有4個支腿91。
[0036]另外，下模8和上模9均為石墨材質，以適應后序在隧道爐內加熱。
[0037]本發明還提供一種大功率貼片元件的制作方法，包括以下步驟:
A.利用上述加工工裝，焊接第一引線電極和第二引線電極，步驟如下: 步驟一，用自動引線填裝設備在下模8的所有沉孔89內填裝第一引線電極11，使第一引線電極11下端在電極定位孔90內定位，再依次填裝焊料2、芯片3、焊料2;具體操作如下:當芯片3為壓敏銀片時，通過焊料片篩盤填裝焊料2在第一引線電極11的連接端14表面后，通過壓敏銀片篩盤填裝壓敏銀片在焊料2上，然后再利用焊片篩盤填裝焊料2在壓敏銀片上；
當芯片3為TVS 二極管芯片時，通過焊料片篩盤填裝焊料2在第一引線電極11的連接端14表面后，若TVS 二極管芯片含有單個TVS 二極管(如圖3)，通過銅電極篩盤、焊料片篩盤，瞬態抑制二極管芯片篩盤分別填裝銅電極31、焊料2、TVS 二極管33、焊料2、銅電極31;若TVS 二極管芯片含有兩個TVS 二極管(如圖4)，通過銅電極篩盤、焊料片篩盤，瞬態抑制二極管芯片篩盤分別填裝銅電極31、焊料2、TVS 二極管33、焊料2、銅電極31、焊料2、TVS 二極管33、焊料
2、銅電極31;然后再利用焊片篩盤填裝焊料2在銅電極31表面上；
用自動引線填裝設備在上模9的所有沉孔89內填裝第二引線電極12，使第二引線電極12下端在電極定位孔90內定位；
步驟二，將過渡板10覆蓋在上模9的凹槽92內，將凹槽92沉孔89內的第二引線電極12蓋住，將帶有過渡板10的上模9與下模8通過限位機構配合固定，即利用上模9上的限位銷93與下模8上的限位孔82配合;然后將過渡板10抽出，第二引線電極12自然落到下模8填裝好的焊料2上方；
步驟三，將配合固定的上模9與下模8放置到隧道爐的輸送帶上，利用設定好溫度曲線的隧道爐，使焊料2融化后，將芯片3與第一引線電極11和第二引線電極12分別焊接固定形成半成品。
[0038]B.包封絕緣層:
步驟四，將步驟三得到的半成品放置到熱壓成型模具中，在其外部包封絕緣層4;
C.焊接貼片電極:
步驟五，將步驟四得到的半成品放置到底模15與中模16組成的容納孔17內，如圖18、19所示，底模15傾斜設置，將第一引線電極11貫穿U型貼片電極5的電極過孔56，使U型貼片電極5的短邊端52在下方，利用焊錫設備將U型貼片電極5與第一引線電極11焊接固定；
步驟六，將配合的底模15與中模16翻轉180°，拆除底模15，將第二引線電極12貫穿L型貼片電極6的電極過孔56，使L型貼片電極6的短邊部62在下方，與U型貼片電極5的短邊端52相對應，利用焊錫設備將L型貼片電極6與第二引線電極12焊接固定。
[0039]上述隧道爐作為加熱爐，也可以采用真空爐作為加熱爐。
[0040]步驟五中用到貼片電極的焊接模板，包括底模15和中模16，所述底模15傾斜設置，底模15下方一端設有長支腿111，另一端設有短支腿112，滿足底模15傾斜設置，放置U型貼片電極5時，將其短邊端52朝向短支腿112—端，放置后，放置L型貼片電極6時，將其短邊部62也朝向短支腿112—端;所述底模15和中模16上均設有若干個沉槽，底模15與中模16配合形成的容納孔17可容納步驟四得到的半成品，沉槽形狀為矩形、且兩側中部帶有弧形凸緣，底模15和中模16上沉槽底部均帶孔，孔的形狀與L型貼片電極6的長邊部及U型貼片電極5的中間部相匹配，且尺寸小于L型貼片電極6的長邊部及U型貼片電極5的中間部，方便焊接貼片電極，同時也不會在翻轉過程中將焊接后的成品脫落出來;U型貼片電極5套裝在第一引線電極11的引線端13，用焊錫設備與第一引線電極11焊接固定;L型貼片電極6套裝在第二引線電極12的引線端13，用焊錫設備與第二引線電極12焊接固定。
[0041]綜上所述，本發明具有結構簡單緊湊、散熱性能好的優點，利用上模和下模組成的加工工裝，將第一引線電極和第二引線電極分別通過焊料與芯片兩端焊接固定，適用于大批量加工制作，然后利用熱壓成型模具在其外部包封絕緣層，最后在第一引線電極和第二引線電極再分別固定貼片電極。利用本發明制作的大功率貼片元件，不僅結構簡單、制作方便，還具有良好的散熱性能、阻燃性能，尤其適用于大批量生產。
[0042]在上面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受上面公開的具體實施例的限制。
【主權項】
1.一種大功率貼片元件，其特征在于:包括芯片、第一引線電極和第二引線電極，所述第一引線電極和第二引線電極分別通過焊料與芯片兩端焊接固定。2.根據權利要求1所述的大功率貼片元件，其特征在于:所述芯片為壓敏銀片或TVS二極管芯片，所述TVS 二極管芯片為層狀結構，包括TVS 二極管及其兩側的銅電極，兩側銅電極與TVS 二極管之間通過焊料焊接固定。3.根據權利要求1或2所述的一種大功率貼片元件，其特征在于:所述芯片、第一引線電極和第二引線電極外設絕緣層，第一引線電極和第二引線電極的引線端端部外露在絕緣層外部;所述第一引線電極和第二引線電極的外露引線端均設有貼片電極。4.根據權利要求3所述的一種大功率貼片元件，其特征在于:所述芯片為圓盤狀，第一引線電極和第二引線電極結構相同，縱截面均為T型，均包括圓盤狀的連接端與圓柱狀的引線端;所述絕緣層呈圓柱狀將芯片、第一引線電極和第二引線電極包裹在內，第一引線電極和第二引線電極的引線端端部外露在絕緣層外部，第一引線電極、第二引線電極、芯片及絕緣層的中心線重合。5.根據權利要求4所述的一種大功率貼片元件，其特征在于:所述貼片電極為兩個，分別為相對設置的U型貼片電極和L型貼片電極，所述U型貼片電極中間部及L型貼片電極的長邊部均設有電極過孔，第一引線電極和第二引線電極均貫穿電極過孔;U型貼片電極的中間部和L型貼片電極的長邊部均為圓弧形，圓弧形直徑小于絕緣層外徑，L型貼片電極的短邊部及U型貼片電極的兩端部均為矩形，U型貼片電極的兩端部長度不同，分為長邊端和短邊端，U型貼片電極的短邊端與L型貼片電極的短邊部相對應。6.一種用于制作權利要求5所述的大功率貼片元件的加工工裝，其特征在于:包括上模和下模，所述上模與下模的配合面上均對應設有若干個沉孔，每個沉孔底部設有電極定位孔，所述上模和下模之間通過限位機構進行限位。7.根據權利要求6所述的一種大功率貼片元件的加工工裝，其特征在于:所述限位機構包括限位銷和限位孔，所述限位銷為兩個、且分別設置在上模兩側，所述限位孔為兩個，對應設置在下模兩側。8.根據權利要求7所述的一種大功率貼片元件的加工工裝，其特征在于:所述上模與下模之間設有過渡板，所述過渡板覆蓋在上模與下模的沉孔之間;所述上模中部設有凹槽，沉孔設置在凹槽底面上，所述過渡板與凹槽配合，所述過渡板厚度與凹槽深度一致。9.一種大功率貼片元件的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: A.利用權利要求8所述的加工工裝，焊接第一引線電極和第二引線電極，步驟如下: 步驟一，在下模的所有沉孔內填裝第一引線電極，使第一引線電極下端在電極定位孔內定位，再依次填裝焊料、芯片、焊料，在上模的所有沉孔內填裝第二引線電極，使第二引線電極下端在電極定位孔內定位； 步驟二，將過渡板覆蓋在上模的凹槽內，將凹槽沉孔內的第二引線電極蓋住，將帶有過渡板的上模與下模通過限位機構配合固定，將過渡板抽出； 步驟三，將配合固定的上模與下模放置到加熱爐的輸送帶上，使焊料融化后，將芯片與第一引線電極和第二引線電極分別焊接固定形成半成品； B.包封絕緣層: 步驟四，將步驟三得到的半成品放置到熱壓成型模具中，在其外部包封絕緣層； C.焊接貼片電極: 步驟五，將步驟四得到的半成品放置到底模與中模組成的容納孔內，底模傾斜設置，將第一引線電極貫穿U型貼片電極的電極過孔，使U型貼片電極的短邊端在下方，利用焊錫設備將U型貼片電極與第一引線電極焊接固定； 步驟六，將配合的底模與中模翻轉180°，拆除底模，將第二引線電極貫穿L型貼片電極的電極過孔，使L型貼片電極的短邊部在下方，與U型貼片電極的短邊端相對應，利用焊錫設備將L型貼片電極與第二引線電極焊接固定。10.根據權利要求9所述的大功率貼片元件的制作方法，其特征在于:所述加熱爐為隧道爐或真空爐。
【文檔編號】H01L23/367GK106098649SQ201610603041
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610603041.9, CN 106098649 A, CN 106098649A, CN 201610603041, CN-A-106098649, CN106098649 A, CN106098649A, CN201610603041, CN201610603041.9
【發明人】李愛政, 周云福, 黃亞發
【申請人】廣東百圳君耀電子有限公司