高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种二极管的封装工艺，具体的说，是一种高可靠表面贴装玻封二极 管的封装工艺，属于二极管封装技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前大量使用的小电流肖特基二极管，其封装形式为轴向引线玻璃封装，安装体 积大、重量大、引线阻抗大，导致整机的体积增大、可靠性降低，已经不适合高精尖武器装 备系统的高密度、高性能、高可靠要求。表面贴装小电流肖特基二极管是W金属娃化物巧曰 MoSi2)为正极，W N型半导体为负极，利用二者接触面上形成的势垒制成的金属娃化物一 娃接触半导体器件。器件忍片势垒是采用金属娃化物一娃接触的肖特基势垒，提高了器件 的正向特性；同时忍片采用保护环和多层金属化结构，提高了器件的反向耐压反向特性和 抗热疲劳性能。表面贴装玻封小电流肖特基二极管系列具有正向压降低、反向恢复快、体积 小、重量轻、效率高等特点，主要作为开关、整流二极管用于开关电源、高频整流等电路中， 产品的性能直接影响到主电源系统的运行速度及工作效率，对于提高整机的性能及优化系 统设计等方面起到至关重要的作用，产品可广泛应用于计算机、雷达、通讯发射机、航天飞 行器、仪器仪表等方面。
[0003] 目前，表面贴装玻封二极管的忍片与引出端的连接方式为压接，即利用外力巧曰弹 片的形变压力，玻璃高溫形变的收缩力）实现忍片与引出端的接卸机械接触，运种连接方式 可靠性低，不能满足长期可靠性的要求。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明提供一种高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺， 利用该封装工艺制成的二极管可靠性高，工作溫度宽，耐高溫焊接，热匹配良好。 阳〇化]为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高可靠表面贴装玻封二 极管的封装工艺，所述二极管包括玻壳、位于玻壳内的忍片、套设在玻壳两端的引出端，引 出端与忍片之间设有焊片，其特征在于：二极管的引出端与玻壳、引出端与焊片、忍片通过 高溫冶金工艺键合在一起。
[0006] 进一步的，本发明所述高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺包括W下步骤： 1) 、制备忍片，忍片厚度为210 ym±50 ym ; 2) 、用模具将忍片、焊片、引出端和玻壳装配在一起； 3) 、氮气烧结，打开烧结炉，按工艺条件设置工作溫度及氮气流量，氮气流量为1000 ml/ min± lOml/min，待炉口溫度升到300°C ±20°C时，将装有半成品器件的模具放至炉口预热 至少IOmin ;炉溫升到620°C ±20°C后，将模具推入恒溫区，达到预定的恒溫时间将模具拉 至炉口冷却30min，最后取出模具自然冷却到室溫，完成封装，实现引出端、焊片与忍片良好 的冶金键合W及玻壳与引出端的密封。
[0007] 进一步的，上述恒溫过程中，恒溫时间为10-30min。
[0008] 进一步的，所述焊片为银铜锡片，银铜锡的重量比为6:3:1。
[0009] 进一步的，所述忍片为势垒能耐600°C W上高溫烧结的表面锻银的忍片。
[0010] 进一步的，所述引出端的材料为杜美丝，引出端的外表面为铜，里面为铁儀合金。
[0011] 本发明的有益效果：本发明所述封装工艺利用高溫冶金工艺将二极管的引出端与 玻壳、引出端与焊片、忍片键合在一起，冶金键合结构具有可靠性高、耐大电流冲击、热阻 小的优点，且工作溫度范围宽（-55°C~125°C)，耐高溫焊接(在550°C环境下15分钟，参数 不恶化）；产品选材实现了产品的全工作溫度范围的热匹配；整个工艺过程中采用氮气为保 护气体，生产安全，无危险气体使用；制成的二极管安装体积小，组装密度高，重量轻；工艺 操作简单，易实现批量或大规模生产。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明所述表面贴装玻封二极管的结构示意图； 图2为本发明所述表面贴装玻封二极管封装时的结构示意图； 图3为封装过程中的溫度曲线图； 图中：1、玻壳，2、忍化3、引出端，4、焊片。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明和限定。
[0014] 如图1所示，为本实施例中所述表面贴装玻封二极管的结构示意图，包括玻壳1、 位于玻壳1中间的忍片2、套设在玻壳1两端的引出端3 W及位于引出端3和忍片2之间 的焊片4,本实施例中，通过高溫冶金键合工艺将玻壳1与引出端3、玻壳1与焊片4、忍片2 键合在一起。
[0015] 本实施中，所述高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺包括W下步骤： 1) 、制备忍片，忍片厚度为210 ym±50 ym ; 2) 、用模具将忍片、焊片、引出端和玻壳装配在一起，如图2所示； 3) 、氮气烧结，打开烧结炉，按工艺条件设置工作溫度及氮气流量，氮气流量为1000 ml/ min± lOml/min，待炉口溫度升到300°C ±20°C时，将装有半成品器件的模具放至炉口预热 至少IOmin;炉溫升到620°C ±20°C后，将模具推入恒溫区，恒溫20min后将模具拉至炉口 冷却30min，最后取出模具自然冷却到室溫，完成封装，实现引出端、焊片与忍片良好的冶金 键合W及玻壳与引出端的密封。烧结过程中的溫度变化曲线如图3所示。
[0016] 本实施例中，所述焊片为银铜锡片，银铜锡的重量比为6:3:1。所述忍片的表面为 银，其势垒能耐600°C W上高溫烧结。所述引出端的材料为杜美丝，引出端的外表面为铜，里 面为铁儀合金。
[0017] 本实施例所述高可靠表面贴装玻封二极管具有耐大电流冲击、连接可靠、热阻小 等优势。封装时，需要综合考虑肖特基忍片耐受高溫能力、忍片金属化、玻壳材料、引出端材 料等因素，满足热匹配、机械强度、电流传输等要求。因此，为了实现产品的电参数要求和可 靠连接，应该考虑产品的参数特点和结构特性。
[0018] 玻壳采用GLASS8532型玻壳，玻壳软化点溫度为560°C，玻壳工作点最高溫度为 760°C;焊片采用银铜锡片，在600°C左右出现液态，到720 °C全部液态，密度为9. 57g/cc， 因此确定高溫键合溫度为620°C±2(TC。引出端的材料为杜美丝，引出端的外表面为铜，里 面为铁儀合金。所述忍片的表面为银，其势垒能耐600°CW上高溫烧结。
[0019] 组成二极管的主要原料为引出端、玻壳、忍片、焊片(主要成分是Ag),各种材料的 热膨胀系数见表1原材料热膨胀洗漱表，根据材料的膨胀系数来确定产品忍片娃层的厚度 X和忍片银层厚度和焊片厚度y，一般取娃层厚度X为0. 21mm，忍片银层厚度0.Olmm,根据 公式（X+0. 01+y) *8. 0X10 6=巧4. 2X10 6+(0.Ol+y) *18. 9X10 6计算出焊片厚度y，实现热 匹配。
[0020] 根据产品结构特征，主要考虑玻壳和杜美丝引出端的热匹配性。从上表中可W看 出，运两种材料的热膨胀系数相近，热匹配性良好。所W我们采用与杜美丝膨胀系数相匹配 的玻壳，并在氮气保护气氛中烧结，保证产品长期可靠性。
[0021] 产品烧结成型后做过多次有关热匹配的试验，包括抗玻璃裂化试验，热冲击试验 (液体-液体)，500次溫度冲击试验等各项环境机械试验考核合格，从而证明产品的高可靠 性满足国家军用标准要求。
[0022] W上只是对本发明的原理进行进一步的描述和解释，W使本领域技术人员能够更 好的理解本发明，应该明白的是，下述内容仅起到解释、说明的作用，并不对本发明实质性 内容进行限定，所有在本发明思路之内的改进，都应该在本发明保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺，所述二极管包括玻壳、位于玻壳内的 芯片、套设在玻壳两端的引出端，引出端与芯片之间设有焊片，其特征在于：二极管的引出 端与玻壳、引出端与焊片、芯片通过高温冶金工艺键合在一起。2. 根据权利要求1所述的高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺，其特征在于：包括 以下步骤： 1) 、制备芯片，芯片厚度为210μπι±50μπι; 2) 、用模具将芯片、焊片、引出端和玻壳装配在一起； 3)、氮气烧结，打开烧结炉，按工艺条件设置工作温度及氮气流量，氮气流量为1000ml/ mini 10ml/min，待炉口温度升到300°C ±20°C时，将装有半成品器件的模具放至炉口预热 至少lOmin ;炉温升到620°C ±20°C后，将模具推入恒温区，达到预定的恒温时间将模具拉 至炉口冷却30min，最后取出模具自然冷却到室温，完成封装，实现引出端、焊片与芯片良好 的冶金键合以及玻壳与引出端的密封。3. 根据权利要求2所述的高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺，其特征在于：所述 恒温时间为10-30min。4. 根据权利要求1或3所述的高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺，其特征在于： 所述焊片为银铜锡片，银铜锡的重量比为6:3:1。5. 根据权利要求4所述的高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺，其特征在于：所述 芯片为势皇能耐600°C以上高温烧结的表面镀银的芯片。6. 根据权利要求5所述的高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺，其特征在于：所述 引出端的材料为杜美丝，引出端的外表面为铜，里面为铁镍合金。
【专利摘要】本发明公开了一种高可靠表面贴装玻封二极管的封装工艺，所述二极管包括玻壳、位于玻壳内的芯片、套设在玻壳两端的引出端，引出端与芯片之间设有焊片，二极管的引出端与玻壳、引出端与焊片、芯片通过高温冶金工艺键合在一起。冶金键合结构具有可靠性高、耐大电流冲击、热阻小的优点，且工作温度范围宽（-55℃～125℃），耐高温焊接（在550℃环境下15分钟，参数不恶化）；产品选材实现了产品的全工作温度范围的热匹配；整个工艺过程中采用氮气为保护气体，生产安全，无危险气体使用；制成的二极管安装体积小，组装密度高，重量轻；工艺操作简单，易实现批量或大规模生产。
【IPC分类】H01L29/66, H01L21/60
【公开号】CN105336768
【申请号】CN201510668834
【发明人】李东华, 马捷, 侯杰, 韩希方, 侯秀萍, 张庆猛
【申请人】济南市半导体元件实验所
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月13日