专利名称：功率器件的气密封装件的制作方法
技术领域：
本发明是制造高气密、大功率半导体器件所需的封装件。
现行半导体器件封装件如图1所示。基板12用平板制成。管帽11为平沿或帽沿下方有突筋。其缺点是①封接时管帽11与基板12不能自行定位。管帽易偏离圆心。②基板12表面为平面，封接时电流密度小、热阻小，不易达到焊接时所需的温度。③管帽11与基板12的封接面不是理想的平面，封接时封接面不易密合而漏气。④两绝缘子14和16大小相同，电极不易辨认。⑤在大功率器件中绝缘子14和16的大小决定了芯片横向传热的截面积，也影响器件的耗散功率。
为了克服上述现行技术的缺点，本发明旨在封装件上提高气密性，增大耗散功率。本发明设计为在基板的上平面对应帽沿处开出一凹环中带有凸起的结构，称为凹凸环，与无突筋管帽相配封接，形成单环封接。如图7所示。或在基板22对应于管帽21突筋处开出凹环与带突筋管帽相封接。如图2所示。由此①管帽与基板封接可自行定位。②封接处电流密度大、热阻大、温升高，易于焊接达到密合。③由于凹环有一定的深度，突筋有其高度，因而即使是相应于原封接面不在同一平面的情况，或两封接面不是平面，又不互补的情况，以及突筋与凹环直径稍有失配或其曲率稍有不均的情况，在突筋向凹环内推进时都能达到密合。④引出线绝缘子24直径小于绝缘子26直径，易于辨认电极。⑤由于绝缘子24直径的减小，在大功率器件中比现行技术扩展了芯片横向传热的截面积，提高了器件的耗散功率。⑥引出线23的内在部分加粗而外露部分仍与25相同按原规格，这样既保持了与接插件的互配性，又增大了电流的传导能力。
凹环截面的形状可以是直口、斜口、正梯形、倒梯形，沿口可以倒钝或不钝。如图3(a)所示。凹环可以是单环，也可以是双环，沿口可以倒钝或不钝，如图3(b)所示。
突筋与凹环封接的相对位置可以作成突筋与凹环的外沿封接，如图2所示。平沿管帽与凹凸环封接如图7所示，形成单环封接。也可以作成突筋与凹环的外沿，与凹环底部双环封接，如图4所示。也可作成突筋两侧与凹环的内外沿、突筋的顶部与凹环底部三环封接，如图5所示。突筋也可封接在双凹环的中间，或单凹环的外部，形成单环封接。如图3(b)所示。
在基板上形成凸环有两种方式，如图6(a)图6(b)所示。管帽与管基形成单环封接，同样能起到高气密封接的效果。
图2是一个实施例。在基板22上烧结BeO瓷片27，瓷片上面的凹坑靠近引出线23放置，引出线23上面焊有内引线金属薄片，薄片的另一端焊接到瓷片的凹坑内，这一过程可以同时进行。也可以先将基板，带有内引线金属薄片的引出线，玻珠先制成管基，然后利用内引线薄片将BeO瓷片定位。并同时放入焊料、管芯一炉烧成。俗称“一炉烧”。本实施例是发射极接管基，引出线23是集电极，25是基极，24、26称为玻珠。对于F2型的管基，23的内在部分直径由原来的1mm加粗到2.5mm，最大允许集电极电流则由原来的10A增大到60A。由于内部高压带电面积很小，管帽的高度可由原来的6－8mm减小到3－4mm，这样输出端23到输入端25的反馈电容进一步减小。对于高反压晶体管，普通F型的两绝缘子直径均为5mm才能耐压1500伏，在本实施例中，由于发射极与基极之间的耐压只有20伏左右，所以基极绝缘子25的直径可以减小到3mm，这就使横向传热截面的宽度增加了2mm，提高了器件的耗散功率。
图8是用薄板制作的管基，板厚1.2mm，绝缘套筒是用薄板自身翻边牵引制成的。集电极与基极套筒一粗一细，一高一低。由于绝缘导热片87的存在，可以满足耗散功率的要求。图中83为集电极引出线，85为基极引出线，82为基板接发射极，88为内引线。
图9是第三个实施例。92为3mm厚钢板制成的管基，99是嵌铜块。管帽与基板采用凹环外沿单环封接。
图10是第四个实施例。基板102是涂敷有铜、镍的铝合金板制成的管基。管帽突筋中间有凹环，管帽与管基采用凹环并压馈尖角法封接以达气密。铝合金的管基的耗散功率大于钢管基。
图11是第五个实施例。1.5mm厚的可伐或铁板材料管基改用0.5mm厚的可伐或铁板材料，再烧结上1mm厚的铜材料。为保持气密性，用可伐管基自身翻边制成绝缘套筒与密封玻璃相配合。两套筒也可起到烧结铜时的定位作用。由于铜的导热系数高于可伐材料的导热系数。这样，B3型功率管的耗散功率可由1W提高到3W。
2－3mm厚钢管基封帽严重漏气，是这一系列产品推不开的主要原因。使用国产封帽机封接用国产2－3mm厚钢板制作的本发明的管基的气密性远远超过了使用进口自动找平封帽机封接2－3mm厚钢管基的水平，而达到了军用标准。同时，为以钢代铜，高气密封装，提高晶体管寿命提供了技术基础。
图1——现行封装件剖面图，集电极接管基图2——本发明实施例1，发射极接管基，单环封装。
图3(a)——凹环断面图，图3(b)单凹环，双凹环示意图。
图4——双环封接示意图图5——三环封接示意图图6——带凸环的管基图7——带凹凸环的管基图8——本发明实施例2，发射极接管基图9——本发明实施例3，集电极接管基图10——本发明实施例4，集电极接管基图11——本发明实施例5，B3型管壳。
权利要求1.功率器件的气密封装件属半导体分离器件，是由管基和管帽组成，管基由基板、引出线、绝缘子组成，管帽帽沿带有突筋或平沿，其特征在于[a]基板的上平面对应于管帽突筋处开出凹形圆环或凹凸环与突筋或平沿相密合，[b]基板上大电流引线孔截面积约是小电流引线孔的1-4倍，[c]基板上大电流引出线内在部分截面积是小电流引出线内在部分的1-6倍，而外露部分的截面积相等，[d]大电流引出线是由两种或两种以上材料复合而成。
2.根据权利要求1所述的封装件，其特征在于管帽与凹环的封接可以是单环、双环、或是三环封接。
专利摘要功率器件的气密封装件，即提高功率器件的气密性和耗散功率属于半导体分离器件。利用管帽突筋与管基凹环的配合，使封接电流密度大、热阻大、温升高，达到气密封接。利用减小引线绝缘子的直径、或帖铜方法提高器件的耗散功率。利用加粗集电极引出线的内在部分提高集电极的最大允许电流。本发明解决了原钢板管基与管帽封接严重的漏气问题。有助于提高功率。
文档编号H01L23/02GK2081577SQ9021389
公开日1991年7月24日 申请日期1990年6月4日 优先权日1990年6月4日
发明者苗庆海, 张兴华, 李如尧, 王家俭, 张德骏, 任中早 申请人:山东大学