CN1043173C - 以槽形外壳构件组构的半导体二极管及其封装方法 - Google Patents

Abstract

以槽形外壳构件组构的半导体二极管，包括管芯片、外壳和导件。管芯片是硅整流二极管、稳压二极管或讯号开关二极管；芯片的构造是已具有切面护封及电极预着焊锡形态或未经切面蚀磨处理的切成片形态。导件由镀镍或镍/银的铜薄片经冲压成型，导件包括二只插针型端子、底电极板、绝缘切孔、连接筋、跨线电极及定位孔。外壳由环氧化树脂或树脂被覆铝片经挤压成型备制成连续条状，底部为散热鳍形状。零件均可备制成连结件成连续件，以便于生产实现自动化。外壳上制有散热鳍，增进散热能力。

Description

以槽形外壳构件组构的半导体二极管及其封装方法

本发明涉及半导体二极管，尤指一种以槽形外壳构件组构的半导体二板管及其封装方法。

近年来，许多新工业材料、新工艺、新设备及市场的日新月异的要求不断冲激着电子元、零件工业、而目前生产量最大的硅整流二极管仍为二十年前所发展出的对向导线塑料模铸型封装(Plastic Molded AxialLeaded Package)，新的SOD仍不十分理想，讯号开关二极管的双柱电极玻璃管一次熔合型封袋以及MELF封装也是缺点甚多。

半导体二极管中的硅整流二极管的生产工业化已有四十余年，其主要的封装设计发展过程为：

1、金属罐型——先将切好的芯片与两个圆柱形电极板以高含铅量的焊锡片焊接，以硅蚀磨剂蚀磨芯片切面，并以氧化剂氧化生成二氧化硅膜，再以芯片护封剂(例如清漆Varnish、硅橡胶Silicone rubber)护装于芯片部片，再将此芯片组件与一铜质尾线以高含锡量的焊片，焊着于金属罐外壳的底座体，其次，将尾线穿进上盖的抽气管中，电焊接底座及上盖，在真空箱中钳夹抽气管压着尾线，即完成金属罐型二极管的封装。

自1960年代来，中、低功率(10安培以下)，品种改用新的封装，但较高功率品种迄今仍使用此型封装，而在芯片组件上加以改良，此型封装设计优良，然而其成本甚高，对中、低功率品种而言，后来发展生产出来的封装设计更经挤实用。

2、玻璃管壳二次熔封型——先将包铜铁镍合金线、玻璃孔珠、玻璃管熔接备制成零组件，另一导线端子则备制成导线玻璃珠组件，导线上焊一金属钩形焊接片，将管芯组件(如1中备制好)与上述二导线组件焊接，再加装熔封玻璃管尾端及玻璃珠，而完成组构工作。此型封装品质甚差，成本亦高。

3、双柱形电极玻璃管一次熔封型——先将导线与铁镍合金(Dummet Alloy)圆柱电焊成导线组件。将已具护封的管芯片组件两面各安装一支导线，其外套置一玻璃管，夹持于夹具中，于电炉中加热使玻璃管熔接于电极柱上，同时两电极柱以压着方式接着芯片而实现其组构。此设计简易，组件亦不贵，此型封装迄今仍为低功率品种最经济实用的设计。近年来由于SMD表面需粘着焊接元件，而改型去掉导线成为MELF外型封装。MELF封装有二大缺点：一为与电路基板热膨胀系数不匹配，在电路板组焊时易使管构件断裂或断路，接着不良；其二为机械化取件、置件、粘着、焊着等工艺中不易作业。

4、玻璃珠壳封装(Glass Beaded Rectitier Package)——着先将圆柱形钼质电极与导线电焊成组件，将扩散完成的晶圆片溅镀铝膜，再以遮片(Mask Diss)覆着，经喷砂磨切成圆锥台形的芯片，芯片经混合酸剂蚀靡后与电极作硬焊接合，再经焊成组件芯片切面的酸剂蚀磨、氧化、玻璃粉浆涂裹、玻璃烧结、导线镀锡而完成。

此型构造管芯片的临界直径约为3mm，超过此尺寸即易因硅晶体与钼电极间的热膨胀差而扯裂。此型封装为目前最好的品质封装之一，成本较高约为对向导线塑料模铸型封装的三倍。此外顺向电压降(Vf)略高于铅锡系的软焊结构。再一缺点为管体形状为珠型，在使用者的应用作业中较圆柱形管体不易操作。

5、对向导线塑料模铸型封装——其构造简单，成本低廉，采用裸铜导线，混合酸磨蚀工艺，成本低但品质不佳；如采用镀镍银导线及碱性蚀磨，成本高但品质较好。

6、玻璃珠护封塑料模铸外壳复合型封装——具有玻璃护封的优良逆向参数品质，塑料模铸圆柱管壳便于使用，且制造成本仅约为塑料模铸型的1.5倍，为导线型整流二极管高品质品种中唯一低成体大量生产的。

7、玻璃膜护芯片钨柱电极玻璃管一次熔封型——芯片经酸蚀切沟至P型层，再经化学气相积层工艺构成切面玻璃质护封膜，芯片与钨电极之间藉晶圆片上的真空溅镀银膜作高温硬焊接合，同时管体外壳亦熔封完成，而作业是采用DIXSEALER可程式真空、充气、加压舱室内进行，因此其品质为世界最好，但成本亦极为高昂，约为塑料模铸型的数十倍。

8、小外型二极管——(Small Outline Diode)简称SOD，此乃沿袭小外型三极管SOT发展而来，直至具玻璃膜护封的整流二极管芯片GPP发展成熟，方得以量产应市。制造方法系将GPP与导线框架以铅基焊锡接，再经塑料膜铸外壳，端子切筋成型而成，GPP因是自P面切沟至N层，其对P-N接合面的切角为负切角，且受整片晶圆施工法所需机械强度要求，及玻璃膜烧结时的强大应力限制下，蚀沟深度无法过深，故逆向耐电压低于1000伏特。此为GPP设计上品质限制，同时在个别芯片分离切割时，无论是使用钻石锯片切或镭射背面熔划切切裂片，两种作法均含会造成切口的微裂缝，在玻璃膜与硅晶间的巨大应力更形集中，成为作业循环，温度循环下潜在故障因素，且GPP的制造成本甚高，例如一粒一安培GPP约与一支一安培塑料膜铸二极管成本相同，此GPP的缺点及SOD封装成本很高均为SOD不尽理想之处。

本发明的目的在于克服以上所述的传统的二极管存在的不足，提供一种可适于各型二极管封装技术的槽型以壳构件组成的半导体二极管及其封装方法。

本发明的以槽形外壳体构件组构的半导体二极管，主要由管芯片、导件及外壳三个零件组构而成；管芯片可以是硅整流二极管、稳压二极管、讯号开关二极管等不同的二极管元件芯片、芯片的构造可以是已具有切面护封及电极预着焊锡，或是未经切面蚀磨处理的切成片的形态；导件由镀镍或镍/银的铜薄片经冲压成型，工业化量产时可备制成连续件形式，如芯片为未着锡的切成片，则可在导件的芯片焊接座处预着焊锡，导件的构造包括二只插针型端子、底电极板、绝缘切孔、连接筋、跨线电极及定位孔；外壳由环氧树脂或树脂被覆铝片经挤压成型备制而成的连续条状，其底部可成型为散热鳍状，二极管的标示可预先印刷于外壳上。

本发明所述的以槽形外壳构件组构半导体二极管的封装方法包括：

导件经冲压成底电极板、跨线电极、绝缘切孔二端子为一体的轴向连结件，将导件上的跨线电极冲压弯褶成型，将管芯片滑移进入跨线电极与底电极板间的定位孔，再将管芯片的正负电板面分别焊接于底电极板及跨线电板上；于外壳的沟槽中注入适量的环氧树脂液，将导件的端子弯褶成90度，切除绝缘冲孔两侧的连接筋，并植入外壳的已注入环氧树脂液的沟槽中，用烤箱固化烘烤；切除端子间的连接筋，电气参数测定、正极识别、切角、切断分件。

所述跨线电极是由一端子的根部挖切、压型及反褶而成。

所述两跨线电极之间预切出绝缘切孔，保留连接筋，该连接筋在导件、管芯片组件埋入外壳沟槽之前予以切除。

所述的插针端子可经切割成型而成表面粘着焊接端子型。

下面结合附图及实施例对本发明的实施进行详细说明。

图1为本发明的封装步骤流程图；

图2为本发明的结构外观立体图；

图3为本发明的结构外观立体图；

图4为本发明的结构外观立体图；

图5为本发明的结构外观立体图；

图6为本发明的结构外观立体图；

图7为本发明的结构侧视制作图；

图8为本发明的结构侧视制作图；

图9为本发明的结构侧视制作图；

图10为本发明的结构侧视制作图；

图11为本发明的外壳立体图；

图12为本发明的组装图；

图13为本发明的封装外观立体图。

参阅图1～13，本发明的以槽形外壳构件组构的半导体二极管由管芯片1、导件2及外壳3组构而成；其封装过程如下所述：

1、管芯片1安装——焊锡4分别焊置于导件2的底电极板22与跨线电极21上，再将跨线电板21冲压弯褶成型，即完成导件2的备制部分，再将管芯片1置于导件2左侧位置，使管芯片1的一边与导线轴线平行，利用一拨板使管芯片1滑移进入跨线电极21与底电极板22间的定位孔26(如图2、3、4、5所示，如管芯片上已有预着焊锡，则导件2上的预着焊锡可省略如图6所示)；

2、焊接——以电炉加温使预着的焊锡4回熔，焊着管芯片1于跨线电极21及底电极板22之间；

3、管芯片1切面硅蚀磨5及硅氧化7——将焊成组件浸入碱性蚀磨剂中，按设定的温度、时间进行蚀磨，完成后经以纯水充分清洗，并以弱酸6中和可能残存的碱蚀磨剂5，再以纯水充分清洗之后，浸入双氧水硅氧化7，按设定的温度、时间进行氧化，完成以后，以纯水清洗并干燥(如图7、8、9所示)；

4、管芯片1切面护封——以管芯片1切面护封剂8定量、定位涂布于管芯片1处，使切面部位有适当的覆盖，然后按设定的温度、时间进行固化、熟化、烘烤，如图1所示(注：如使用的管芯片已具护封，则3、4步骤可省略)；

5、外壳3灌注环氧树脂液9及导件2的端子23弯褶与连接筋24切除、植入——在长条形外壳3的沟槽31中注入适量的环氧树脂液9，另将导件2的端子23弯褶90度后，切除绝缘切孔25两侧的连接筋24，并植入外壳3的已注入环氧树脂液9的沟槽31中(如图10、11、12所示)；

6、环氧树指液9固烤——用烤箱按设定的温度、时间施以固化烘烤；

7、切端子23连筋、检测、切角、切断分件，选别及包装——使用自动机械进行切除端子23间的连筋、电子参数测定、正极识别、切角、切断分件、根据电气参数测定结果分类别，合格品进行包装工程，不合格品可进行再生，次级品测选包装。

本发明的以槽形外壳构件组构的半导体二极管的零、组件其备制为：

1、导件2，以镀铜合金铜片带条经电镀银及冲压备制，如管芯片1未经预着焊锡4，则须于管芯片1的焊接座与跨线电极处预着焊锡。

2、管芯片1，可适合各型管芯片，例如整流二极管芯片、讯号开关二极管芯片及稳压二极管芯片。

3、外壳3，以环氧树脂或树脂被覆铝片，经挤压成型，其底部可成型为散热鳍形状32，另一侧则成型为沟槽形状31，使可容导件2及管芯片1焊成件可植入。二极管的标示可预先印刷在外壳3的侧面。

本发明的以槽外壳构件组构的半导体二极管的导件2及外壳3，该导件2在制成后，其端子23与多个导件2连接，及该外壳3经挤压成型后，呈一长条型状，当导件2与管芯片1制成组件后，放置于外壳3上的沟槽31中，再将外壳3进行切除。

本发明的优点在于；

1、零件均可备制成连结件成连续件，以便于生产实现自动化。

2、半制成件亦可设计成连结件型态，以便实现制造自动化。

3、外壳上制有散热鳍，增进散热能力。

4、在组装制造过程中，可使用输送轨与加工头方式的自动化机械，毋须如传统的设计需使用多项模具，夹治具，依赖大量人工作业，效率无法提高，且品质控制困难。

5、封装方法可适用于各种二极管的封装。

6、插针端子可经切断成型即成为表面粘着焊接型。

7、制造成本低，而且品质优良。

Claims (5)

1、以槽形外壳构件组构的半导体二极管，包括管芯片和外壳，其特征在于还包括导件；该管芯片是硅整流二极管、稳压二极管或讯号开关二极管，其构造具有切面护封及电极预着焊锡形态或未经切面蚀磨处理的切成片形态；该导件由镀镍或镍/银的铜薄片经冲压成型，包括二只插针型端子、底电极板、绝缘切孔、连接筋、跨线电极及定位孔；该外壳由环氧化树脂或树脂被覆铝片经挤压成型制成连续条状，底部为散热鳍形状。

2、按照权利要求1所述的半导体二极管的封装方法，其特征在于：该封装方法依次包括如下步骤：

(a)、导件经冲压成底电极板、跨线电极、绝缘切孔，二端子为一体的轴向连结件，将导件上的跨线电极冲压弯褶成型，将管芯片滑移进入跨线电极与底电极板间的定位孔，再将管芯片的正负电极面分别焊接于底电极板及跨线电极上；

(b)于外壳的沟槽中注入适量的环氧树脂液，将导件的端子弯褶成90度，切除绝缘切孔两侧的连接筋，并置于外壳的环氧树脂液的沟槽中，用烤箱固化烘烤；

(c)、切除端子间的连接筋，电气参数测定、正极识别、切角、切断分件。

3、按照权利要求2所述的半导体二极管的封装方法，其特征在于：所述跨线电极是由一端子的根部挖切、压型及反褶而成。

4、按照权利要求2所述的半导体二极管的封装方法，其特征在于：所述两跨线电极之间预切出绝缘切孔，保留连接筋，该连接筋在导件、管芯片组件埋入外壳沟槽之前予以切除。

5、按照权利要求2所述的半导体二极管的封装方法，其特征在于：所述的插针端子可经切割成型而成表面粘着焊接端子型。

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