CN111146150B - 一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳及其制备方法，属于陶瓷封装技术领域，包括多层陶瓷板层叠而成的陶瓷件、固接于陶瓷件背面的背面电极、固接于陶瓷件顶面的金属墙体，以及固接于金属墙体顶面的封盖；其中，每层陶瓷板上均印刷有金属埋层，且各金属埋层之间以并联方式导通；陶瓷件上设有内部键合指，内部键合指与金属埋层一体成型，且用于与功率金氧半场效晶体管电连接；背面电极与金属埋层电连接；封盖与金属墙体、陶瓷件共同围成用于容纳功率金氧半场效晶体管的气密腔体。本发明提供的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，导通电阻低，背面电极焊接所需焊接空间小，能够满足功率金氧半场效晶体管的小型化封装要求。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷封装技术领域，更具体地说，是涉及一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳及其制备方法。
背景技术
用于功率MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)的高可靠性封装均采用陶瓷封装的形式，常规的陶瓷封装方式采用陶瓷挖腔后内嵌金属电极的方法，满足功率MOSFET传输电流大、传输路径电阻低的要求。
由于陶瓷挖腔内嵌金属电极的方法，陶瓷外部需要一定的焊接空间来满足气密性封装的要求。而对于具有多个电极的封装，为满足气密性要求，各个电极之间需要存在一定的间距，以保证充足的焊接空间，但是这导致封装尺寸大，无法满足小型化封装需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳及其制备方法，旨在解决现有技术中功率金氧半场效晶体管的封装尺寸大的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，包括：
陶瓷件，由多层陶瓷板层叠而成，每层陶瓷板上均印刷有金属埋层，且各金属埋层之间以并联方式导通；陶瓷件上设有内部键合指，内部键合指与位于最顶层的金属埋层一体成型，且用于与功率金氧半场效晶体管电连接；
背面电极，固接于陶瓷件的背面，与位于最底层的金属埋层电连接；
金属墙体，固接于陶瓷件的顶面；
封盖，固接于金属墙体的顶面，与金属墙体、陶瓷件共同围成用于容纳功率金氧半场效晶体管的气密腔体。
作为本申请另一实施例，背面电极设有多个；每个金属埋层包括与多个背面电极位置一一上下对应的多个金属化线条，且各个金属埋层的上下对应的金属化线条以并联方式电连接；内部键合指包括与背面电极数量相同的键合点位，键合点位与位于最顶层的金属埋层上的金属化线条一一对应并电连接。
作为本申请另一实施例，陶瓷件上设有多个上下贯通的内部通孔，内部通孔填充有用于以并联方式导通各个上下对应的金属化线条的第一导电材料。
作为本申请另一实施例，陶瓷件的侧壁设有多个上下延伸的沟槽，沟槽内填充有用于以并联方式导通各个上下对应的金属化线条的第二导电材料。
作为本申请另一实施例，第一导电材料为钨、第二导电材料为钨。
作为本申请另一实施例，第二导电材料填充于沟槽后与陶瓷件的侧壁平齐，陶瓷件的侧壁上电镀有金属层，金属层覆盖第二导电材料。
作为本申请另一实施例，金属层材料为金。
作为本申请另一实施例，内部通孔的直径尺寸小于或等于金属化线条的宽度尺寸；沟槽的槽宽小于或等于金属化线条的宽度。
作为本申请另一实施例，每个金属化线条的宽度为0.8mm～1.2mm。
本发明提供的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，多层陶瓷板层叠形成陶瓷件，各个陶瓷板上的金属埋层之间以并联方式导通，能够有效减小内部键合指与背面电极之间的导通电阻，以满足功率金氧半场效晶体管导通电阻低的要求；陶瓷件上无需挖腔，背面电极与内部键合指之间通过并联的金属埋层进行导通，气密性好，背面电极的焊接无需预留气密封装空间，因此需要的焊接空间小，能够减小封装尺寸，从而满足功率金氧半场效晶体管的小型化封装要求。
本发明还提供了一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳的制备方法，包括以下步骤：
在多个陶瓷板上分别冲孔并在孔内填充导电材料；
在多个陶瓷板上印刷金属埋层，其中一个陶瓷板上一并印刷与金属埋层一体成型的内部键合指；
将多个陶瓷板冲孔位置对齐并层叠放置且印刷有内部键合指的陶瓷板位于最顶层；
将层叠放置的多个陶瓷板烧结成一体，获得以并联方式导通各个金属埋层的陶瓷件；
在陶瓷件的背面焊接背面电极，并将背面电极与位于最底层的金属埋层焊接；
在陶瓷件的顶面采用平行缝焊工艺封接金属墙体，配合一植入功率金氧半场效晶体管后采用平行缝焊工艺封接于金属墙体顶面的金属封盖，获得封装外壳。
本发明提供的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳的制备方法的有益效果在于，采用本发明一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳的制备方法制备获得的陶瓷封装外壳，具有与上述一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳的结构示意图；
图2为图1中的A向视图；
图3为本发明实施例所采用的内部键合指与金属埋层的连接结构示意图；
图4为本发明实施例所采用的陶瓷板的局部结构示意图；
图5为本发明实施例所采用的多个金属埋层之间的电连接示意图；
图6为现有技术中的功率金氧半场效晶体管的封装结构示意图。
图中：1、陶瓷件；2、金属墙体；3、背面电极；41、第一导电材料；42、第二导电材料；5、内部键合指；50、键合点位；6、封盖；7、功率金氧半场效晶体管；10、陶瓷板；101、金属埋层；102、金属化线条；103、内部通孔；104、沟槽；100、封装陶瓷；200、封装金属墙；300、内嵌金属电极；400、陶瓷挖腔。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明提供的一种封装功率金氧半场效晶体管7的陶瓷外壳进行说明。所述一种封装功率金氧半场效晶体管7的陶瓷外壳，包括由多层陶瓷板10层叠而成的陶瓷件1、固接于陶瓷件1背面的背面电极3、固接于陶瓷件1顶面的金属墙体2，以及固接于金属墙体2顶面的封盖6；其中，每层陶瓷板10上均印刷有金属埋层101，且各金属埋层101之间以并联方式导通；陶瓷件1上设有内部键合指5，内部键合指5与位于最顶层的金属埋层101一体成型，且用于与功率金氧半场效晶体管7电连接；背面电极3与位于最底层的金属埋层101电连接；封盖6与金属墙体2、陶瓷件1共同围成用于容纳功率金氧半场效晶体管7的气密腔体。
需要说明，在现有技术中，请参阅图6，封装陶瓷100的背面需要预留足够的焊接空间，以确保内嵌金属电极300焊接至封装陶瓷100的背面后，从而使陶瓷挖腔400的气密性达到要求。
本发明提供的一种封装功率金氧半场效晶体管7的陶瓷外壳的电连接方式：背面电极3与金属埋层101直接进行电连接，因此陶瓷体的背面为一完整板面，无需担心陶瓷体因密封不严导致的泄露问题，因此背面电极3与陶瓷体的背面之间所需的焊接空间较小，利于实现功率金氧半场效晶体管7的小型化封装；
背面电极3与用于电连接功率金氧半场效晶体管7的内部键合指5之间的导通，通过设于陶瓷板10上的金属埋层101以并联方式形成一个导通电路来实现，请参阅图5，并联电连接方式能够有效减小背面电极3与内部键合指5之间的导通电阻R，四层陶瓷板10上的金属埋层101的电阻分别为R1、R2、R3、R4，根据电阻的并联电阻计算方法可知：
可见，相比于使用单个电阻导通的方式，采用并联多个电阻进行导通能够有效减小导通电阻，满足功率金氧半场效晶体管7的传输路径电阻低的要求。
本发明提供的一种封装功率金氧半场效晶体管7的陶瓷外壳，与现有技术相比，多层陶瓷板10层叠形成陶瓷件1，各个陶瓷板10上的金属埋层101之间以并联方式导通，能够有效减小内部键合指5与背面电极3之间的导通电阻，以满足功率金氧半场效晶体管7导通电阻低的要求；陶瓷件1上无需挖腔，背面电极3与内部键合指5之间通过并联的金属埋层101进行导通，气密性好，背面电极3的焊接无需预留气密封装空间，因此需要的焊接空间小，能够减小封装尺寸，从而满足功率金氧半场效晶体管7的小型化封装要求。
作为本发明提供的一种封装功率金氧半场效晶体管7的陶瓷外壳的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图3，背面电极3设有多个；每个金属埋层101包括与多个背面电极3位置一一上下对应的多个金属化线条102，且各个金属埋层101的上下对应的金属化线条102以并联方式电连接；内部键合指5包括与背面电极3数量相同的键合点位50，键合点位50与位于最顶层的金属埋层101上的金属化线条102一一对应并电连接。
背面电极3的数量根据实际需要设置，在本实施例中，参阅图2，以陶瓷件1的背面设有四个背面电极3进行具体说明，当然，每个金属埋层101的金属化线条102的数量与背面电极3的数量一致，内部键合指5的键合点位50的数量与位于最顶层的金属埋层101的各个金属化线条102数量一致，且一一对应键合，由此每个背面电极3与相对应的内部键合指5的键合点位50之间通过以并联方式电连接的四层金属化线条102进行导通，保证各个背面电极3与内部键合指5之间的导通电阻小；
陶瓷件1的背面为完整板面，没有影响封装气密性的结构，因此背面电极3能够直接焊接于陶瓷件1的背面，与位于最底端的金属埋层101进行电连接实现背面电极3与内部键合指5之间的导通，在背面电极3焊接过程无需考虑气密性，因此各个背面电极3只需具备极小的间隙或缝隙即可，保证四个背面电极3整体占用的空间小，从而实现多个背面电极3的功率金氧半场效晶体管7的小型化封装。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1及图4，陶瓷件1上设有多个上下贯通的内部通孔103，内部通孔103填充有用于以并联方式导通各个上下对应的金属化线条102的第一导电材料41。
通过设置内部通孔103，以在内部通孔103填充第一导电材料41的方式实现各个金属埋层101之间的并联连接，应当理解，第一导电材料41填充于内部通孔103需要将内部通孔103全部塞满封堵，在各个陶瓷板10烧结过程，第一导电材料41发生熔融，进而实现对相邻金属埋层101的焊接，既能够实现各个金属埋层101之间的电连接，又能够保证陶瓷件1的气密性。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并请参阅图2及图4，陶瓷件1的侧壁设有多个上下延伸的沟槽104，沟槽104内填充有用于以并联方式导通各个上下对应的金属化线条102的第二导电材料42。
通过在各个沟槽104内填充第二导电材料42，配合内部通孔103内填充的第一导电材料41，实现各层金属埋层101之间的并联连接，参阅图5，从而能够有效降低背面电极3与内部键合指5之间的导通电阻，且在陶瓷件1的侧壁加工沟槽104，结构简单，加工方便。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，第一导电材料41为钨、第二导电材料42为钨。钨的电阻小，使用钨作为导电材料能够保证背面电极3与内部键合指5之间的导通电阻小。钨的熔点低于陶瓷，在各个陶瓷板10烧结过程能够同时对钨与各金属埋层101之间进行熔融焊接，焊接方便。需要说明的是，除钨以外的其他替代低电阻材料，也能够用作第一导电材料41、第二导电材料42。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，第二导电材料42填充于沟槽104后与陶瓷件1的侧壁平齐，陶瓷件1的侧壁上电镀有金属层，金属层覆盖第二导电材料42。由于沟槽104外漏于空气中，在第二导电材料42填充于沟槽104内并与陶瓷件1的侧壁平齐后，对陶瓷件1的侧壁进行电镀金属层，使金属层覆盖第二导电材料42，避免第二导电材料42外漏于空气中，从而降低第二导电材料42的电阻，使背面电极3与内部键合指5之间的导通电阻更低。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，金属层材料为金。金的耐磨性、抗腐蚀性强，从而确保金属层稳定、可靠、寿命长。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，内部通孔103的直径尺寸小于或等于金属化线条102的宽度尺寸；沟槽104的槽宽小于或等于金属化线条102的宽度。由于第一导电材料41和第二导电材料42的横截面尺寸越大，其导通电阻越小，因此内部通孔103的直径和沟槽104的槽宽越宽，越利于减小导通电阻，因此，使第一导电材料41和第二导电材料42的横截面尺寸等于或者小于金属化线条102的宽度，一方面不影响封装尺寸，另一方面确保了背面电极3与内部键合指5之间具有小的导通电阻。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，每个金属化线条102的宽度为0.8mm～1.2mm。金属化线条102的宽度与导通电阻成正比，因此，金属化线条102越宽，其导通电阻越小，根据背面电极3的大小，将金属化线条102的宽度设置为0.8mm～1.2mm，既能够保证小的导通电阻，又不影响封装尺寸。
请一并参阅图1至图5，本发明还提供一种封装功率金氧半场效晶体管7的陶瓷外壳的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，在多个陶瓷板10上分别冲孔并在孔内填充导电材料；
步骤二，将多个陶瓷板10上分别印刷金属埋层101，其中一个陶瓷板10上一并印刷与金属埋层101一体成型的内部键合指5；
步骤三，将多个陶瓷板10冲孔位置对齐并层叠放置，且印刷有内部键合指5的陶瓷板10位于最顶层；
步骤四，将层叠放置的多个陶瓷板10烧结成一体，获得以并联方式导通各个金属埋层101的陶瓷件1；
步骤5，在陶瓷件1的背面焊接背面电极3，并将背面电极3与位于最底层的金属埋层101焊接；
步骤六，在陶瓷件1的顶面采用平行缝焊工艺封接金属墙体2，配合一植入功率金氧半场效晶体管7后采用平行缝焊工艺封接于金属墙体2顶面的金属封盖6，获得封装外壳。
本发明提供的一种封装功率金氧半场效晶体管7的陶瓷外壳的制备方法，与现有技术相比，多层具有内部通孔103的陶瓷板10层叠形成陶瓷件1，通过在内部通孔103内填充导电材料，将各个陶瓷板10上的金属埋层101之间以并联方式导通，能够有效减小内部键合指5与背面电极3之间的导通电阻，以满足功率金氧半场效晶体管7导通电阻低的要求；陶瓷件1上无需挖腔，背面电极3与陶瓷件1之间气密性好，背面电极3的焊接无需预留气密封装空间，因此需要的焊接空间小，能够减小封装尺寸，从而满足功率金氧半场效晶体管7的小型化封装要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，其特征在于，包括：
陶瓷件，由多层陶瓷板层叠而成，每层所述陶瓷板上均印刷有金属埋层，且各所述金属埋层之间以并联方式导通；所述陶瓷件上设有内部键合指，所述内部键合指与位于最顶层的所述金属埋层一体成型，且用于与功率金氧半场效晶体管电连接；
背面电极，固接于所述陶瓷件的背面，与位于最底层的所述金属埋层电连接；
金属墙体，固接于所述陶瓷件的顶面；
封盖，固接于所述金属墙体的顶面，与所述金属墙体、所述陶瓷件共同围成用于容纳所述功率金氧半场效晶体管的气密腔体；
其中，所述背面电极设有多个；每个所述金属埋层包括与多个所述背面电极位置一一上下对应的多个金属化线条，且各个所述金属埋层的上下对应的所述金属化线条以并联方式电连接；所述内部键合指包括与所述背面电极数量相同的键合点位，所述键合点位与位于最顶层的所述金属埋层上的所述金属化线条一一对应并电连接；
所述陶瓷件上设有多个上下贯通的内部通孔，所述内部通孔填充有用于以并联方式导通各个上下对应的所述金属化线条的第一导电材料；
所述陶瓷件的侧壁设有多个上下延伸的沟槽，所述沟槽内填充有用于以并联方式导通各个上下对应的所述金属化线条的第二导电材料。
2.如权利要求1所述的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，其特征在于：所述第一导电材料、所述第二导电材料为钨。
3.如权利要求1所述的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，其特征在于：所述第二导电材料填充于所述沟槽后与所述陶瓷件的侧壁平齐，所述陶瓷件的侧壁上电镀有金属层，所述金属层覆盖所述第二导电材料。
4.如权利要求3所述的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，其特征在于：所述金属层材料为金。
5.如权利要求1所述的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，其特征在于：所述内部通孔的直径尺寸小于或等于所述金属化线条的宽度尺寸；所述沟槽的槽宽小于或等于所述金属化线条的宽度。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳，其特征在于：所述金属化线条的宽度为0.8mm～1.2mm。
7.一种封装功率金氧半场效晶体管的陶瓷外壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在多个陶瓷板上分别冲孔并在孔内填充导电材料；
在多个所述陶瓷板上分别印刷金属埋层，其中一个所述陶瓷板上一并印刷与所述金属埋层一体成型的内部键合指；
将多个所述陶瓷板冲孔位置对齐并层叠放置，且印刷有所述内部键合指的所述陶瓷板位于最顶层；
将层叠放置的多个所述陶瓷板烧结成一体，获得以并联方式导通各个所述金属埋层的陶瓷件；
在所述陶瓷件的背面焊接背面电极，并将所述背面电极与位于最底层的所述金属埋层焊接；
在所述陶瓷件的顶面采用平行缝焊工艺封接金属墙体，配合一植入功率金氧半场效晶体管后采用平行缝焊工艺封接于所述金属墙体顶面的金属封盖，获得封装外壳。
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| CN (1) | CN111146150B (zh) |
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2019
- 2019-12-04 CN CN201911226773.0A patent/CN111146150B/zh active Active
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