CN106098649A - 大功率贴片元件及其加工工装、制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率贴片元件，涉及半导体技术领域，包括芯片、第一引线电极和第二引线电极，第一引线电极和第二引线电极分别通过焊料与芯片两端焊接固定；应用的加工工装包括上模和下模，上模与下模的配合面上均对应设有若干个沉孔，每个沉孔底部设有电极定位孔，上模和下模之间通过限位机构进行限位。利用该加工工装，同时利用加热炉将第一引线电极和第二引线电极分别通过焊料与芯片两端焊接固定，可实现大批量加工制作，然后利用热压成型模具在其外部包封绝缘层，最后在第一引线电极和第二引线电极再分别固定贴片电极。利用本发明制作的大功率贴片元件，不仅结构简单、制作方便，还具有良好的散热性能，尤其适用于大批量生产。

Description

大功率贴片元件及其加工工装、制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种大功率贴片元件及其加工工装、制作方法。

背景技术

传统半导体芯片的各种封装形态的贴片保护元件功率都较小，最高也就8KW，耐电流冲击从几十安培到几百安培不等，而插件元件可以达到几十KW甚至更高，耐电流可以达到几千安培甚至几十千安培。

传统的压敏电阻，由于银片的厚度要与其规格对应，而要使用传统的TVS贴片框架式封装，一种框架只能做一个规格，而开发一个系列规格产品，相对开发投入成本高。

众所周知，TVS二极管的通流能力随温度升高而降低，传统的大功率半导体元器件普遍存在散热能力差，受到浪涌冲击，发热在元件内部累积，短时间无法散热，冲击后器件温度升高，以至器件耐受冲击能力降低，无法承受短时间多次大浪涌冲击等问题。

综上原因，市场对高性能自动化贴片大功率型器件需求已渐形成趋势。因此设计、制作封装兼容性强、散热性良好的贴片元器件已成为技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、制作方便的大功率贴片元件，解决了原有大功率半导体元器件散热能力差的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种大功率贴片元件，包括芯片、第一引线电极和第二引线电极，所述第一引线电极和第二引线电极分别通过焊料与芯片两端焊接固定。

优选的，所述芯片为压敏银片或TVS二极管芯片，所述TVS二极管芯片为层状结构，包括TVS二极管及其两侧的铜电极，两侧铜电极与TVS二极管之间通过焊料焊接固定。

优选的，所述芯片、第一引线电极和第二引线电极外设绝缘层，第一引线电极和第二引线电极的引线端端部外露在绝缘层外部；所述第一引线电极和第二引线电极的外露引线端均设有贴片电极。

其中，所述TVS二极管芯片包括两个以上的TVS二极管，自上而下铜电极与TVS二极管间隔设置形成层状结构，每个TVS二极管两侧均通过焊料与铜电极焊接固定。

优选的，所述芯片为圆盘状，第一引线电极和第二引线电极结构相同，纵截面均为T型，均包括圆盘状的连接端与圆柱状的引线端；所述绝缘层呈圆柱状将芯片、第一引线电极和第二引线电极包裹在内，第一引线电极和第二引线电极的引线端端部外露在绝缘层外部，第一引线电极、第二引线电极、芯片及绝缘层的中心线重合。

优选的，所述贴片电极为两个，分别为相对设置的U型贴片电极和L型贴片电极，所述U型贴片电极中间部及L型贴片电极的长边部均设有电极过孔，第一引线电极和第二引线电极均贯穿电极过孔；U型贴片电极的中间部和L型贴片电极的长边部均为圆弧形，圆弧形直径小于绝缘层外径，L型贴片电极的短边部及U型贴片电极的两端部均为矩形，U型贴片电极的两端部长度不同，分为长边端和短边端，U型贴片电极的短边端与L型贴片电极的短边部相对应。

本发明还提供一种大功率贴片元件的加工工装，包括上模和下模，所述上模与下模的配合面上均对应设有若干个沉孔，每个沉孔底部设有电极定位孔，所述上模和下模之间通过限位机构进行限位。

优选的，所述限位机构包括限位销和限位孔，所述限位销为两个、且分别设置在上模两侧，所述限位孔为两个，对应设置在下模两侧。

优选的，所述上模与下模之间设有过渡板，所述过渡板覆盖在上模与下模的沉孔之间；所述上模中部设有凹槽，沉孔设置在凹槽底面上，所述过渡板与凹槽配合，所述过渡板厚度与凹槽深度一致。

本发明还提供一种大功率贴片元件的制作方法，包括以下步骤：

A.利用权利要求8所述的加工工装，焊接第一引线电极和第二引线电极，步骤如下：

步骤一，在下模的所有沉孔内填装第一引线电极，使第一引线电极下端在电极定位孔内定位，再依次填装焊料、芯片、焊料，在上模的所有沉孔内填装第二引线电极，使第二引线电极下端在电极定位孔内定位；

步骤二，将过渡板覆盖在上模的凹槽内，将凹槽沉孔内的第二引线电极盖住，将带有过渡板的上模与下模通过限位机构配合固定，将过渡板抽出；

步骤三，将配合固定的上模与下模放置到加热炉的输送带上，使焊料融化后，将芯片与第一引线电极和第二引线电极分别焊接固定形成半成品。

B. 包封绝缘层：

步骤四，将步骤三得到的半成品放置到热压成型模具中，在其外部包封绝缘层；

C.焊接贴片电极：

步骤五，将步骤四得到的半成品放置到底模与中模组成的容纳孔内，底模倾斜设置，将第一引线电极贯穿U型贴片电极的电极过孔，使U型贴片电极的短边端在下方，利用焊锡设备将U型贴片电极与第一引线电极焊接固定；

步骤六，将配合的底模与中模翻转180°，拆除底模，将第二引线电极贯穿L型贴片电极的电极过孔，使L型贴片电极的短边部在下方，与U型贴片电极的短边端相对应，利用焊锡设备将L型贴片电极与第二引线电极焊接固定。

其中，所述加热炉可为隧道炉或真空炉。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：利用上模和下模组成的加工工装，将第一引线电极和第二引线电极分别通过焊料与芯片两端焊接固定，通过在上模与下模的配合面上对应设置若干个沉孔，每个沉孔底部设有电极定位孔，且上模和下模之间通过限位机构进行限位，同时利用加热炉可实现大批量加工制作，然后利用热压成型模具在其外部包封绝缘层，最后在第一引线电极和第二引线电极再分别固定贴片电极。利用本发明制作的大功率贴片元件，不仅结构简单、制作方便，还具有良好的散热性能，尤其适用于大批量生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中大功率贴片元件一个实施例的结构示意图；

图2是本发明中大功率贴片元件一个优选实施例的结构示意图；

图3是含有一个TVS二极管的TVS二极管芯片的结构示意图；

图4是含有两个TVS二极管的TVS二极管芯片的结构示意图；

图5是本发明中大功率贴片元件另一个优选实施例的结构示意图；

图6是U型贴片电极的结构示意图；

图7是L型贴片电极的结构示意图；

图8是下模的主视图；

图9是图8的俯视图；

图10是图9的左视图；

图11是上模的主视图；

图12是图11的俯视图；

图13是图12的左视图；

图14是过渡板与上模的配合图；

图15是图14的左视图；

图16是上模和下模的配合图；

图17是图16的俯视图；

图18是底模与中模的配合图；

图19是图18的左视图；

图中：2-焊料，3-芯片，4-绝缘层，5-U型贴片电极，6-L型贴片电极，8-下模，9-上模，10-过渡板，11-第一引线电极，12-第二引线电极，13-引线端，14-连接端，31-铜电极，33-TVS二极管，52-短边端，53-长边端，56-电极过孔，62-短边部，82-限位孔，89-沉孔，90-电极定位孔，91-支腿，92-凹槽，93-限位销，101-折边，111-长支腿，112-短支腿。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的一种大功率贴片元件，包括芯片3、第一引线电极11和第二引线电极12，所述第一引线电极11和第二引线电极12分别通过焊料2与芯片3两端焊接固定。

其中，所述芯片3可为压敏银片或TVS二极管芯片，所述TVS二极管芯片为层状结构，如图3、4所示，包括TVS二极管33及其两侧的铜电极31，两侧铜电极31与TVS二极管33之间通过焊料2焊接固定，TVS二极管芯片即为瞬态抑制二极管芯片。

如图2、5所示的优选结构，所述芯片3、第一引线电极11和第二引线电极12外设绝缘层4，第一引线电极11和第二引线电极12的引线端13端部外露在绝缘层4外部；所述第一引线电极11和第二引线电极12的外露引线端13均设有贴片电极，贴片电极可通过焊锡设备与第一引线电极11和第二引线电极12焊接固定。

其中，所述TVS二极管芯片包括两个以上的TVS二极管33，自上而下铜电极31与TVS二极管33间隔设置形成层状结构，每个TVS二极管33两侧均通过焊料2与铜电极31焊接固定，图4的结构中含有两个TVS二极管33。

作为一种优选结构，所述芯片3为圆盘状，第一引线电极11和第二引线电极12结构相同，纵截面均为T型，均包括圆盘状的连接端14与圆柱状的引线端13，第一引线电极11、第二引线电极12及芯片3的中心线重合。

进一步优选结构，所述绝缘层4呈圆柱状将芯片3、第一引线电极11和第二引线电极12包裹在内，第一引线电极11和第二引线电极12的引线端13端部外露在绝缘层外部，第一引线电极、第二引线电极、芯片及绝缘层的中心线重合。

其中，所述贴片电极为两个，分别为相对设置的U型贴片电极5和L型贴片电极6，如图6、7所示，所述U型贴片电极5中间部及L型贴片电极6的长边部均设有电极过孔56，第一引线电极11和第二引线电极12均贯穿电极过孔56； U型贴片电极5的中间部和L型贴片电极6的长边部均为圆弧形，圆弧形直径小于绝缘层4外径，L型贴片电极6的短边部62及U型贴片电极5的两端部均为矩形，U型贴片电极的两端部长度不同，分为长边端53和短边端52，U型贴片电极5的短边端52与L型贴片电极6的短边部62相对应，同时长边端53更方便与PCB板连接固定。

另外，所述芯片可选用硅材料或碳化硅材料芯片的瞬态抑制二极管TVS Diodes、硅雪崩二极管ABD、晶闸体抑制管TSS或为金属氧化物材料芯片的压敏电阻MOV；绝缘层4的材质可选用环氧树脂，引线电极、铜电极、贴片电极的材质为金属导电材质的铜、铜钢、铁,铁镍等导电金属或合金材料，表面可经锡，银，镍，金等表面处理；焊料形式可为焊片或锡膏或锡线或锡或导电胶。

如图5所示结构的大功率贴片元件更适用于自动化贴片生产；两端的U型贴片电极5和L型贴片电极6更有助于产品散热，提高产品性能，此封装兼容性强，解决了压敏银片厚度一致性差，以至于传统框架式封装出现较多虚焊等问题；用热压成型工艺包封的环氧树脂作为绝缘层4，比传统液态涂装和粉体涂装更致密，阻燃性更好。

本发明还提供一种大功率贴片元件的加工工装，如图8-13所示，包括上模9和下模8，所述上模9与下模8的配合面上均对应设有若干个沉孔89，每个沉孔89底部设有电极定位孔90，所述上模9和下模8之间通过限位机构进行限位。

作为一种优选结构，所述限位机构包括限位销93和限位孔82，所述限位销93为两个、且分别设置在上模9两侧，所述限位孔82为两个，对应设置在下模8两侧。

如图14-17，所述上模9与下模8之间还设有过渡板10，所述过渡板10覆盖在上模9与下模8的沉孔89之间；所述上模9中部设有凹槽92，沉孔89设置在凹槽92底面上，所述过渡板10与凹槽92配合，所述过渡板10厚度与凹槽92深度一致，凹槽92深度可设为1mm。为了方便操作，所述过渡板10边缘设有折边101。

所述上模9和下模8均为矩形，所述沉孔89均布对应设置在上模9与下模8配合面的中部；所述上模9和下模8均设有4个支腿91。

另外，下模8和上模9均为石墨材质，以适应后序在隧道炉内加热。

本发明还提供一种大功率贴片元件的制作方法，包括以下步骤：

A.利用上述加工工装，焊接第一引线电极和第二引线电极，步骤如下：

步骤一，用自动引线填装设备在下模8的所有沉孔89内填装第一引线电极11，使第一引线电极11下端在电极定位孔90内定位，再依次填装焊料2、芯片3、焊料2；具体操作如下：

当芯片3为压敏银片时，通过焊料片筛盘填装焊料2在第一引线电极11的连接端14表面后，通过压敏银片筛盘填装压敏银片在焊料2上，然后再利用焊片筛盘填装焊料2在压敏银片上；

当芯片3为TVS二极管芯片时，通过焊料片筛盘填装焊料2在第一引线电极11的连接端14表面后，若TVS二极管芯片含有单个TVS二极管（如图3），通过铜电极筛盘、焊料片筛盘，瞬态抑制二极管芯片筛盘分别填装铜电极31、焊料2、TVS二极管33、焊料2、铜电极31；若TVS二极管芯片含有两个TVS二极管（如图4），通过铜电极筛盘、焊料片筛盘，瞬态抑制二极管芯片筛盘分别填装铜电极31、焊料2、TVS二极管33、焊料2、铜电极31、焊料2、TVS二极管33、焊料2、铜电极31；然后再利用焊片筛盘填装焊料2在铜电极31表面上；

用自动引线填装设备在上模9的所有沉孔89内填装第二引线电极12，使第二引线电极12下端在电极定位孔90内定位；

步骤二，将过渡板10覆盖在上模9的凹槽92内，将凹槽92沉孔89内的第二引线电极12盖住，将带有过渡板10的上模9与下模8通过限位机构配合固定，即利用上模9上的限位销93与下模8上的限位孔82配合；然后将过渡板10抽出，第二引线电极12自然落到下模8填装好的焊料2上方；

步骤三，将配合固定的上模9与下模8放置到隧道炉的输送带上，利用设定好温度曲线的隧道炉，使焊料2融化后，将芯片3与第一引线电极11和第二引线电极12分别焊接固定形成半成品。

B. 包封绝缘层：

步骤四，将步骤三得到的半成品放置到热压成型模具中，在其外部包封绝缘层4；

C.焊接贴片电极：

步骤五，将步骤四得到的半成品放置到底模15与中模16组成的容纳孔17内，如图18、19所示，底模15倾斜设置，将第一引线电极11贯穿U型贴片电极5的电极过孔56，使U型贴片电极5的短边端52在下方，利用焊锡设备将U型贴片电极5与第一引线电极11焊接固定；

步骤六，将配合的底模15与中模16翻转180°，拆除底模15，将第二引线电极12贯穿L型贴片电极6的电极过孔56，使L型贴片电极6的短边部62在下方，与U型贴片电极5的短边端52相对应，利用焊锡设备将L型贴片电极6与第二引线电极12焊接固定。

上述隧道炉作为加热炉，也可以采用真空炉作为加热炉。

步骤五中用到贴片电极的焊接模板，包括底模15和中模16，所述底模15倾斜设置，底模15下方一端设有长支腿111，另一端设有短支腿112，满足底模15倾斜设置，放置U型贴片电极5时，将其短边端52朝向短支腿112一端，放置后，放置L型贴片电极6时，将其短边部62也朝向短支腿112一端；所述底模15和中模16上均设有若干个沉槽，底模15与中模16配合形成的容纳孔17可容纳步骤四得到的半成品，沉槽形状为矩形、且两侧中部带有弧形凸缘，底模15和中模16上沉槽底部均带孔，孔的形状与L型贴片电极6的长边部及U型贴片电极5的中间部相匹配，且尺寸小于L型贴片电极6的长边部及U型贴片电极5的中间部，方便焊接贴片电极，同时也不会在翻转过程中将焊接后的成品脱落出来；U型贴片电极5套装在第一引线电极11的引线端13，用焊锡设备与第一引线电极11焊接固定；L型贴片电极6套装在第二引线电极12的引线端13，用焊锡设备与第二引线电极12焊接固定。

综上所述，本发明具有结构简单紧凑、散热性能好的优点，利用上模和下模组成的加工工装，将第一引线电极和第二引线电极分别通过焊料与芯片两端焊接固定，适用于大批量加工制作，然后利用热压成型模具在其外部包封绝缘层，最后在第一引线电极和第二引线电极再分别固定贴片电极。利用本发明制作的大功率贴片元件，不仅结构简单、制作方便，还具有良好的散热性能、阻燃性能，尤其适用于大批量生产。

在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (10)

1.一种大功率贴片元件，其特征在于：包括芯片、第一引线电极和第二引线电极，所述第一引线电极和第二引线电极分别通过焊料与芯片两端焊接固定。

2.根据权利要求1所述的大功率贴片元件，其特征在于：所述芯片为压敏银片或TVS二极管芯片，所述TVS二极管芯片为层状结构，包括TVS二极管及其两侧的铜电极，两侧铜电极与TVS二极管之间通过焊料焊接固定。

3.根据权利要求1或2所述的一种大功率贴片元件，其特征在于：所述芯片、第一引线电极和第二引线电极外设绝缘层，第一引线电极和第二引线电极的引线端端部外露在绝缘层外部；所述第一引线电极和第二引线电极的外露引线端均设有贴片电极。

4.根据权利要求3所述的一种大功率贴片元件，其特征在于：所述芯片为圆盘状，第一引线电极和第二引线电极结构相同，纵截面均为T型，均包括圆盘状的连接端与圆柱状的引线端；所述绝缘层呈圆柱状将芯片、第一引线电极和第二引线电极包裹在内，第一引线电极和第二引线电极的引线端端部外露在绝缘层外部，第一引线电极、第二引线电极、芯片及绝缘层的中心线重合。

5.根据权利要求4所述的一种大功率贴片元件，其特征在于：所述贴片电极为两个，分别为相对设置的U型贴片电极和L型贴片电极，所述U型贴片电极中间部及L型贴片电极的长边部均设有电极过孔，第一引线电极和第二引线电极均贯穿电极过孔；U型贴片电极的中间部和L型贴片电极的长边部均为圆弧形，圆弧形直径小于绝缘层外径，L型贴片电极的短边部及U型贴片电极的两端部均为矩形，U型贴片电极的两端部长度不同，分为长边端和短边端，U型贴片电极的短边端与L型贴片电极的短边部相对应。

6.一种用于制作权利要求5所述的大功率贴片元件的加工工装，其特征在于：包括上模和下模，所述上模与下模的配合面上均对应设有若干个沉孔，每个沉孔底部设有电极定位孔，所述上模和下模之间通过限位机构进行限位。

7.根据权利要求6所述的一种大功率贴片元件的加工工装，其特征在于：所述限位机构包括限位销和限位孔，所述限位销为两个、且分别设置在上模两侧，所述限位孔为两个，对应设置在下模两侧。

8.根据权利要求7所述的一种大功率贴片元件的加工工装，其特征在于：所述上模与下模之间设有过渡板，所述过渡板覆盖在上模与下模的沉孔之间；所述上模中部设有凹槽，沉孔设置在凹槽底面上，所述过渡板与凹槽配合，所述过渡板厚度与凹槽深度一致。

9.一种大功率贴片元件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.利用权利要求8所述的加工工装，焊接第一引线电极和第二引线电极，步骤如下：

步骤一，在下模的所有沉孔内填装第一引线电极，使第一引线电极下端在电极定位孔内定位，再依次填装焊料、芯片、焊料，在上模的所有沉孔内填装第二引线电极，使第二引线电极下端在电极定位孔内定位；

步骤二，将过渡板覆盖在上模的凹槽内，将凹槽沉孔内的第二引线电极盖住，将带有过渡板的上模与下模通过限位机构配合固定，将过渡板抽出；

步骤三，将配合固定的上模与下模放置到加热炉的输送带上，使焊料融化后，将芯片与第一引线电极和第二引线电极分别焊接固定形成半成品；

B. 包封绝缘层：

步骤四，将步骤三得到的半成品放置到热压成型模具中，在其外部包封绝缘层；

C.焊接贴片电极：

步骤五，将步骤四得到的半成品放置到底模与中模组成的容纳孔内，底模倾斜设置，将第一引线电极贯穿U型贴片电极的电极过孔，使U型贴片电极的短边端在下方，利用焊锡设备将U型贴片电极与第一引线电极焊接固定；

步骤六，将配合的底模与中模翻转180°，拆除底模，将第二引线电极贯穿L型贴片电极的电极过孔，使L型贴片电极的短边部在下方，与U型贴片电极的短边端相对应，利用焊锡设备将L型贴片电极与第二引线电极焊接固定。

10.根据权利要求9所述的大功率贴片元件的制作方法，其特征在于：所述加热炉为隧道炉或真空炉。