一种金属插件封装大功率硅电压调整二极管的制作方法

1.本实用新型涉及一种金属插件封装大功率硅电压调整二极管。


背景技术：

2.现在二极管均朝着体积小而功率高的方向发展，由于器件在工作时芯片pn结产生大量的热量，所以功率越大的二极管越容易烧坏，
3.所以管芯的面积决定了期间的稳态功率，小体积大功率的二极管散热是必须要解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种金属插件封装大功率硅电压调整二极管。
5.本实用新型通过以下技术方案得以实现。
6.本实用新型提供的一种金属插件封装大功率硅电压调整二极管，包括底板、边框、管芯；所述底板上安装有绝缘层,管芯安装在绝缘
7.层上，绝缘层和管芯之间设置有焊盘，边框固接在底板上将绝缘层和管芯包围，边框上通过盖板封闭，所述底板一端边缘上加工有安装孔，所示边框侧壁上加工有通孔，通孔内安装有陶瓷堵头,外引线固接在
8.陶瓷堵头中且伸入边框内通过内引线与管芯连接。
9.所述管芯包括n极,n极上部中心生长有p极,n极上端边缘制作有钝化层,钝化层内圈覆盖在p极上端边缘处，p极的中心制作有铝层,铝层的边缘覆盖在钝化层上。
10.所述镀层内层为镀钛层，中部为镀镍层，外层为镀金层。
11.所述绝缘层材料为氧化铍。
12.所述焊盘为铜-钼铜-铜组成的多层合金。
13.所述底板材料为钨铜。
14.所述盖板为表面镀镍的铁镍合金。
15.本实用新型的有益效果在于：通过合理的结构和材料搭配具有散热好，稳态功率高、反向漏电流小、气密性强、安装方便等特点，可广泛应用于高可靠的航空、航天、船舶及海底电缆的电子线路中作稳压、箝位用。
附图说明
16.图1是本实用新型的封装结构示意图；
17.图2是本实用新型的管芯结构示意图；
18.图中：1-底板，2-边框，3-绝缘层，4-管芯，41-p极，42-n极， 43-镀层，44-钝化层，45-铝层，5-焊盘，6-盖板，7-内引线，8-陶瓷堵头，9-外引线。
具体实施方式
19.下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
20.一种金属插件封装大功率硅电压调整二极管，包括底板1、边框2、管芯4；所述底板1上安装有绝缘层3,管芯4安装在绝缘层3上，绝缘层 3和管芯4之间设置有焊盘5，边框2固接在底板1上将绝缘层3和管芯4 包围，边框2上通过盖板6封闭，所述底板1一端边缘上加工有安装孔，所示边框2侧壁上加工有通孔，通孔内安装有陶瓷堵头8,外引线9固接在陶瓷堵头8中且伸入边框2内通过内引线7与管芯4连接。
21.所述管芯4包括n极42,n极42上部中心生长有p极41,n极42上端边缘制作有钝化层44,钝化层44内圈覆盖在p极41上端边缘处，p极41 的中心制作有铝层45,铝层45的边缘覆盖在钝化层44上。
22.所述镀层43内层为镀钛层，中部为镀镍层，外层为镀金层。所述绝缘层3材料为氧化铍。
23.所述焊盘5为为铜-钼铜-铜组成的多层合金。所述底板1材料为钨铜。
24.所述盖板6为表面镀镍的铁镍合金。
25.如图1所示，本实用新型采用to-254aa型管座，为了降低热阻保证其在恶劣的高温环境下的长期可靠性，对管座进行如下优化设计：
26.①
传统的管座表面镀层为全镀金或全镀镍，镀金层可防止氧化，但与本实用新型所用焊料铅锡银的匹配较差，烧焊空洞较大，热传导效率下降，不能有效降低热阻，镀镍层可降低热阻，但暴露在空气中容易形成镍的氧化物，影响产品在使用时的焊接质量。本实用新型兼顾以上优点，摒弃不足，将管座的镀层分为内部镀镍、外部镀金，外部镀金可保证产品封装后防止暴露在空气中氧化，内部镀镍能提高铅锡银焊料的浸润能力，从而提高芯片与管座的焊接质量，减少烧焊空洞，从而降低热阻；
②
由于器件在工作时芯片pn结产生大量的热量，需要及时释放，故底板采用热导率较高的钨铜；
③
绝缘材料选用导热率较高、的氧化铍
④
芯片焊盘材料为铜-钼铜-铜，既能保证散热效果，又能兼顾与硅材料的热匹配。本实用新型为大功率硅电压调整二极管，所用管芯面积的大小主要由器件的稳态功率决定。如果芯片面积过小，器件工作时产生的热量较集中，热量不能及时传递出去，容易烧毁器件；如果芯片尺寸过大，表面漏电就越大，就不能满足该产品反向漏电流小的特点。所以管芯面积大小的选取必须对以上因素进行综合考虑。本实用新型在满功率83w下工作时，通过芯片的电流为11.86a，根据工程经验数据该类产品的芯片能承受的电流密度为1.0a～1.2a/
ꢀ㎜
2，则本产品所需的芯片面积为9.88
㎜
2～11.86
㎜
2，考虑芯片与管座之间的焊接有效面积为95％左右，则需要10.4
㎜
2～12.48
㎜
2，最终对芯片尺寸的实际设计为3.5mm
×
3.5mm(图2)。
27.如图1所示，在封装过程中，管芯阴极与管座之间采用铅锡银焊料通过真空回流焊工艺进行焊接，空洞率小于5％，保证工作时产生的大量热量能快速释放出去，管芯阳极采用硅铝丝(铝99.99％)通过超声键合工艺将其引出至外引线，盖板为表面镀镍的铁镍合金，盖板与管座采用2400e平行缝焊机进行密封，其原理为：将盖板与底座放好后，在盖板与底座之间通以脉冲大电流，由于盖板与底座之间的接触电阻较大，从而产生大量热量，使其接触面金属瞬间熔化，从而达到密封性要求(泄漏率＜5
×
10-3pa
·
cm3/s)。同时为保证产品内部水汽含量的要求，采取以下措施：
①
为控制水汽含量，要求在封装过程中在高纯氮气的
气氛中进行封帽以解决因环境问题造成的水汽含量超标，即封装气氛为纯氮气。
②
为了解决管壳和表面吸附的水汽，在封盖前要经过预烘、烘焙等多次高温烘烤，以去除表面吸附的水汽。
③
避免烘烤后的产品及盖板重新接触大气环境，烤烤箱与密封操作台集成一体，产品在小烘箱内烘烤后直接放入缝焊机操作柜内缝焊，而缝焊机操作柜内保持充有高纯氮气，压力在一个大气压以上，以保证正压使空气不能进入机箱内，控制柜内湿度保持在5％以下，使得产品腔体内部水汽＜5000ppm。
28.本实用新型的二极管属于硅电压调整二极管，采用to-254aa型金属直插封装结构，在电子线路中作稳压、箝位用，具有稳态功率ptot 高(83w)，工作电压范围较窄(6.7v～7.0v)反向漏电流ir小(100na)，热阻低(1.5℃/w)，适应环境能力较强(-55℃～175℃)等特点。


技术特征：
1.一种金属插件封装大功率硅电压调整二极管，包括底板(1)、边框(2)、管芯(4)，其特征在于：所述底板(1)上安装有绝缘层(3),管芯(4)安装在绝缘层(3)上，绝缘层(3)和管芯(4)之间设置有焊盘(5)，边框(2)固接在底板(1)上将绝缘层(3)和管芯(4)包围，边框(2)上通过盖板(6)封闭，所述底板(1)一端边缘上加工有安装孔，所示边框(2)侧壁上加工有通孔，通孔内安装有陶瓷堵头(8),外引线(9)固接在陶瓷堵头(8)中且伸入边框(2)内通过内引线(7)与管芯(4)连接。2.如权利要求1所述的金属插件封装大功率硅电压调整二极管，其特征在于：所述管芯(4)包括n极(42),n极(42)上部中心生长有p极(41),n极(42)上端边缘制作有钝化层(44),钝化层(44)内圈覆盖在p极(41)上端边缘处，p极(41)的中心制作有铝层(45),铝层(45)的边缘覆盖在钝化层(44)上。3.如权利要求1所述的金属插件封装大功率硅电压调整二极管，其特征在于：所述绝缘层(3)材料为氧化铍。4.如权利要求1所述的金属插件封装大功率硅电压调整二极管，其特征在于：所述焊盘(5)为铜-钼铜-铜组成的多层合金。5.如权利要求1所述的金属插件封装大功率硅电压调整二极管，其特征在于：所述底板(1)材料为钨铜。6.如权利要求1所述的金属插件封装大功率硅电压调整二极管，其特征在于：所述盖板(6)为表面镀镍的铁镍合金。

技术总结
本实用新型提供的一种金属插件封装大功率硅电压调整二极管，包括底板、边框、管芯；所述底板上安装有绝缘层,管芯安装在绝缘层上，绝缘层和管芯之间设置有焊盘，边框固接在底板上将绝缘层和管芯包围，边框上通过盖板封闭，所述底板一端边缘上加工有安装孔，所示边框侧壁上加工有通孔，通孔内安装有陶瓷堵头,外引线固接在陶瓷堵头中且伸入边框内通过内引线与管芯连接。本实用新型通过合理的结构和材料搭配具有散热好，稳态功率高、反向漏电流小、气密性强、安装方便等特点，可广泛应用于高可靠的航空、航天、船舶及海底电缆的电子线路中作稳压、箝位用。箝位用。箝位用。


技术研发人员：李大强 石文坤 周嵘 罗显全 柯栋栋 杨晓东 李应明
受保护的技术使用者：中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂）
技术研发日：2021.05.18
技术公布日：2022/12/5