功率管外壳及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种功率管外壳及其制造方法，该功率管外壳包括：法兰(P1)；金属引线(P2，P3)；陶瓷框架，由第一陶瓷块(P4)、第二陶瓷块(P5)、第三陶瓷块(P6)、第四陶瓷块(P7)金属化后首尾焊接形成。其中，陶瓷框架采用基于氧化铝材料的高温共烧多层陶瓷(HTCC)工艺技术制作。陶瓷框架和金属法兰通过焊接构成功率管的芯腔，用于容纳有源芯片和内匹配电路。采用本发明提供的功率管外壳及其制造方法可以提高陶瓷原料的利用率、降低陶瓷烧结的工艺难度从而提高产品成品率，总体上能够起到降低生产成本以及节能减排的目的。
【专利说明】功率管外壳及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态微波大功率器件【技术领域】，尤其涉及一种功率管外壳及其制造方法。
【背景技术】
[0002]LDMOS功率管作为基站的关键元器件，在通信领域应用前景十分广阔，如CDMA、W-CDMA、TETRA、数字地面电视、微波导航系统等。各行业为实现更强大的基站功能和信号覆盖面积、发送高清电视信号、提高成像清晰度等的需要，对耗散功率200W以上的大功率LDMOS功率管及其外壳的需求尤为强烈。
[0003]大功率LDMOS功率管外壳，对器件起机械支撑和环境保护作用，同时具有电气互连和散热通道的功能。
[0004]图1为现有技术中的功率管外壳结构示意图，如图1所示，现有技术中的LDMOS功率管外壳结构由金属热沉P1、陶瓷框架P4和金属引线P2和P3构成。
[0005]图2为现有技术中陶瓷框结构示意图，如图2所示，陶瓷框架采用基于氧化铝材料的高温共烧多层陶瓷(HTCC)工艺技术制作。陶瓷框架和金属热沉通过焊接构成功率管的芯腔，用于容纳有源芯片和内匹配电路。
[0006]其中，陶瓷框的制作工艺是氧化铝高温共烧陶瓷(简称HTCC)工艺。对于越大功率的LDMOS功率管外壳，意味着使用更大物理尺寸的陶瓷框。由于氧化铝陶瓷框在最高温度1600度以上的升降温工艺曲线下烧成，陶瓷框尺寸越大烧结工艺难度越大，即越容易造成变形、翘曲和尺寸超差等缺陷。另一方面，氧化铝陶瓷框在生瓷成型阶段，通常采用冲压方法将中心材料去除,尺寸越大的陶瓷框,需要去除的材料也越多。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，为了克服现有技术中的不足，本发明通过采用分体组合式的陶瓷框结构，在陶瓷件的制作过程中化整为零，提高生瓷原料的利用率、提高陶瓷框零件的生产效率和成品率。
[0008]本发明提供一种功率管外壳，其包括:法兰(Pl);金属引线(P2，P3);陶瓷框架，由第一陶瓷块(P4)、第二陶瓷块(P5)、第三陶瓷块(P6)、第四陶瓷块(P7)金属化后首尾焊接形成。
[0009]进一步地，该第一陶瓷块(P4)与该第三陶瓷块(P6)大小相同，该第二陶瓷块(P5)与该第四陶瓷块(P7)大小相同。
[0010]进一步地，该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)的端面金属化，在该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)侧面的两个端面分别金属化，且金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
[0011]进一步地，该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)侧面的两个端面分别金属化，在该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)侧面的对应位置金属化，且金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
[0012]本发明还提供一种功率管外壳的制造方法，其包括以下工艺步骤:
[0013](I)提供法兰(P1)、金属引线(P2、P3)；
[0014](2)对该法兰(Pl)、该金属引线(P2、P3)进行清洗、退火和镀镍处理后待用；
[0015](3)按照高温共烧多层陶瓷工艺制作第一陶瓷块(P4)、第二陶瓷块(P5)、第三陶瓷块(P6)、第四陶瓷块(P7)，并对其金属化；
[0016](4)对上述步骤(3)的第一至第四陶瓷块(P4，P5，P6，P7)进行镀镍后待用；
[0017](5)将上述步骤(2)处理后的该法兰(Pl)和该金属引线(P2、P3)和上述步骤(4)处理后的第一至第四陶瓷块(P4，P5，P6，P7)通过焊料钎焊为功率管外壳半成品；
[0018](6)将上述步骤(5)处理得到的该功率管外壳半成品经过电镀镍金工序制作成为功率管外壳。
[0019]进一步地，该第一陶瓷块(P4)与该第三陶瓷块(P6)大小相同，该第二陶瓷块(P5)与该第四陶瓷块(P7)大小相同。
[0020]进一步地，在所述工艺步骤(3)中的该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)的端面金属化，在该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)侧面的两个端面分别金属化，在所述工艺步骤(5)中将金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
[0021]进一步地，在所述工艺步骤(3)中，该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)的尺寸为:6.00mmX 1.0OmmX0.51mm，该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)的尺寸为19.81mmX 1.65mmX0.51mm。
[0022]进一步地，在该工艺步骤(3)中，该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)侧面的两个端面分别金属化，在该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)侧面的对应位置金属化，且在工艺步骤(5)中，金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
[0023]进一步地，所述工艺步骤(5)中，第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)的尺寸为:9.40mm X 1.0OmmX0.5 Imm,该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)的尺寸为17.7ImmX 1.65mmX 0.51mm0
[0024]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0025]通过将整体的陶瓷框架分解为四个独立的陶瓷侧墙，一方面，可降低瓷件的烧结难度，从而大幅度提高瓷件的成品率；另一方面，采用独立的侧墙后，在HTCC生瓷阶段无需去除陶瓷框架中心的多余材料，可通过密集排版提高原料的利用率。总之，采用本发明技术，可以提高LDMOS外壳的生产效率并显著降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为现有技术中的功率管外壳结构示意图；
[0027]图2为现有技术中陶瓷框结构示意图；
[0028]图3为采用分体组合式陶瓷侧墙结构的功率管外壳；
[0029]图4为本发明实施例1中分体组合式陶瓷侧墙结构示意图；
[0030]图5为本发明实施例2中分体组合式陶瓷侧墙结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0032]图3为采用分体组合式陶瓷侧墙结构的功率管外壳。如图3所示，功率管外壳包括:法兰(Pl);金属引线(P2，P3);陶瓷框架，由第一陶瓷块(P4)、第二陶瓷块(P5)、第三陶瓷块(P6)、第四陶瓷块(P7)金属化后首尾焊接形成。其中，陶瓷框架采用基于氧化铝材料的高温共烧多层陶瓷(HTCC)工艺技术制作。陶瓷框架和金属法兰通过焊接构成功率管的芯腔，用于容纳有源芯片和内匹配电路。
[0033]本发明优选为一种LDMOS功率管外壳，其陶瓷框架由四个独立的陶瓷侧墙零件原位替代，在钎焊工序将四个侧墙焊接为一体，使其具备原陶瓷框架相同的功能。
[0034]采用本发明功率管外壳的优点在于，首先，通过将整体的陶瓷框架分解为四个独立的侧墙，采用独立的侧墙后，在HTCC生瓷阶段无需去除陶瓷框架中心的多余材料,可通过密集排版提高原料的利用率。其次，陶瓷侧墙相比陶瓷框而言，形状简单并且物理尺寸更小，烧结工艺难度小，成品率高；第三、相比陶瓷框而言，陶瓷侧墙形状紧凑不存在空心部分，瓷件烧结工序承烧板的面积能得到更充分利用，从而使LDMOS功率管外壳的陶瓷零件的产能更高。因此，采用本发明技术，可以提高LDMOS外壳的生产效率并显著降低生产成本。
[0035]本发明还提供了功率管外壳的制造方法，其包括如下工艺步骤:
[0036](I)准备金属零件，包括Pl法兰、P2引线和P3引线；
[0037](2)对上述步骤(I)金属零件进行的清洗、退火和镀镍处理后待用；
[0038](3)按照高温共烧多层陶瓷(简称HTCC)工艺制作氧化铝陶瓷块P4、P5、P6和P7，并在相应区域按产品设计要求制作金属化。
[0039](4)对上述步骤(3)的氧化铝陶瓷块进行镀镍后待用；
[0040](5)将上述步骤(2)金属零件和上述步骤(4)的陶瓷零件按照摘要附图结构示意图，通过使用AgCu28钎焊料在810°C?830°C钎焊为LDMOS功率管外壳半成品；
[0041](6)将上述步骤(5)所得LDMOS功率管外壳半成品经过的电镀镍金工序制作成为LDMOS功率管外壳成品，经过测试和筛选后，即可用于封装硅LDMOS功率管。
[0042]本发明提供的采用分体组合式侧墙结构的功率管外壳，其中，法兰Pl的材料为钨铜或铜钥铜；金属引线P2和P3的材料为可伐4J29或铁镍合金4J42 ;和陶瓷侧墙的材料为HTCC氧化铝陶瓷。本发明提供的功率管外壳的制造方法中，使用银铜焊料采用钎焊工艺，将上述零件钎焊为功率管外壳半成品。
[0043]实施例1
[0044]本发明提供的功率管外壳的制造方法，其包括如下工艺步骤:
[0045](I)准备金属零件，包括Pl法兰，尺寸为34.04mmX 9.78mmX 1.0Omm,材料为钨铜WCu15 ；P2引线和P3引线，尺寸为12.7mmX5mmX0.10mm，材料为铁镍合金4J42 ；
[0046](2)对上述步骤⑴金属零件进行的清洗、退火和镀镍处理后待用；
[0047](3)图4为本发明实施例1中分体组合式陶瓷侧墙结构示意图，如图4所示，按照高温共烧多层陶瓷(简称HTCC)工艺制作氧化铝陶瓷块P4、P5、P6和P7，P4和P6的尺寸为:6.0OmmX 1.0OmmX 0.51mm, P5 和 P7 的尺寸为 19.81_X 1.65_X 0.51_，且将该 P4 和该P6的端面金属化，在该P5和该P7侧面的两个端面分别金属化，将金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
[0048](4)对上述步骤(3)的氧化铝陶瓷块进行镀镍后待用；
[0049](5)将上述步骤(2)金属零件和上述步骤(4)的陶瓷零件按照摘要附图结构示意图，通过使用AgCu28钎焊料在810°C?830°C钎焊为LDMOS功率管外壳半成品；
[0050](6)将上述步骤(5)所得LDMOS功率管外壳半成品经过的电镀镍金工序制作成为LDMOS功率管外壳成品，经过测试和筛选后，即可用于封装LDMOS功率管。
[0051]实施例2
[0052]本发明实施例2提供的功率管外壳的制造方法与实施例1大致相同，其区别仅在于:在工艺步骤(3)中，如图5所示，P4和P6的尺寸为:9.40mmXl.0OmmX0.51mm，P5和P7的尺寸为17.71mmX 1.65mmX0.51mm。在P5和P7的两个端面制作金属化，在P4和P6侧面的对应位置制作金属化，在工艺步骤(5)将P4、P5、P6和P7钎焊为LDMOS功率管外壳的陶瓷框结构。
[0053]通过改变上述两个实施例的金属零件和陶瓷零件的尺寸，可使LDMOS功率管外壳的内腔尺寸发生变化，可用于封装不同耗散功率的LDMOS功率管芯片。
[0054]如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
【权利要求】
1.一种功率管外壳，其包括: 法兰(PI)； 金属引线(P2，P3)； 陶瓷框架，由第一陶瓷块(P4)、第二陶瓷块(P5)、第三陶瓷块(P6)、 第四陶瓷块(P7)金属化后首尾焊接形成。
2.如权利要求1所述的功率管外壳，其特征在于:该第一陶瓷块(P4)与该第三陶瓷块(P6)大小相同，该第二陶瓷块(P5)与该第四陶瓷块(P7)大小相同。
3.如权利要求1或2所述的功率管外壳，其特征在于:该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)的端面金属化，在该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)侧面的两个端面分别金属化，且金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
4.如权利要求1或2所述的功率管外壳，其特征在于:该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)侧面的两个端面分别金属化，在该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)侧面的对应位置金属化，且金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
5.一种功率管外壳的制造方法，其包括以下工艺步骤: (1)提供法兰(PD、金属引线(P2、P3)； (2)对该法兰(P1)、该金属引线(P2、P3)进行清洗、退火和镀镍处理后待用； (3)按照高温共烧多层陶瓷工艺制作第一陶瓷块(P4)、第二陶瓷块(P5)、第三陶瓷块(P6)、第四陶瓷块(P7)，并对其金属化； (4)对上述步骤(3)的第一至第四陶瓷块(P4，P5，P6，P7)进行镀镍后待用； (5)将上述步骤(2)处理后的该法兰(Pl)和该金属引线(P2、P3)和上述步骤(4)处理后的第一至第四陶瓷块(P4，P5，P6，P7)通过焊料钎焊为功率管外壳半成品； (6)将上述步骤(5)处理得到的该功率管外壳半成品经过电镀镍金工序制作成为功率管外壳。
6.如权利要求5所述的功率管外壳的制造方法，其特征在于:该第一陶瓷块(P4)与该第三陶瓷块(P6)大小相同，该第二陶瓷块(P5)与该第四陶瓷块(P7)大小相同。
7.如权利要求5或6所述的功率管外壳的制造方法，其特征在于:在所述工艺步骤(3)中的该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)的端面金属化，在该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)侧面的两个端面分别金属化，在所述工艺步骤(5)中将金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
8.如权利要求5或6所述的功率管外壳的制造方法，其特征在于:在所述工艺步骤(3)中，该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)的尺寸为:6.0OmmXl.0OmmX0.51mm，该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)的尺寸为19.81mmXl.65mmX0.51mm。
9.如权利要求5或6所述的功率管外壳的制造方法，其特征在于:在该工艺步骤(3)中，该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)侧面的两个端面分别金属化，在该第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)侧面的对应位置金属化，且在工艺步骤(5)中，金属化的该端面位置与金属化的该侧面对应位置通过金属焊接。
10.如权利要求5或6所述的功率管外壳的制造方法，其特征在于:所述工艺步骤(5)中，第一陶瓷块(P4)和该第三陶瓷块(P6)的尺寸为:9.40mmX 1.0OmmX0.51mm，该第二陶瓷块(P5)和该第四陶瓷块(P7)的尺寸为17.71mmXl.65mmX0.51mm。
【文档编号】H01L23/053GK104134632SQ201410378148
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】杨建
申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所