CN111403300B - 表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具，将用于内嵌定位金属盖板的上段矩形通孔与用于内嵌定位顶敞口盒子的下段矩形通孔一起成型于定位板上，合理控制上段矩形通孔与下段矩形通孔的形状、大小以及二者之间的位置关系，保证了烧结过程中金属盖板与顶敞口盒子的对称度；金属杆的底端压在金属盖板上，金属杆的热量传导至金属盖板上，热量传导至顶敞口盒子的底部的速度慢，通过控制封装时间，使金属盖板上的焊锡环完全熔融，而焊接芯片的焊料不熔化，既保证了顶敞口盒子与金属盖板的钎焊封装完全且良好，又保证了芯片与顶敞口盒子之间的焊接牢固。本申请还提供了一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，尤其是涉及一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具及方法。
背景技术
封装包括三次重大变革：DIP双列直插式封装结构→SMD表面贴装→CSP芯片尺寸封装。
表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件，其制备过程大致为：先烧结制备陶瓷金属外壳，此时的陶瓷金属外壳的实质上是一个顶敞口但其他面都封闭的盒子加上一个用来封盖顶敞口盒子的金属盖板，然后把芯片钎焊设置在顶敞口盒子中，然后用键合丝将芯片与引脚连接，然后把金属盖板盖上，将顶敞口盒子的顶敞口给盖上，通常是钎焊连接，至此完成电子器件的封装。
如附图3所示，小型金属表贴封装的二极管包括金属盖板和顶敞口盒子，金属盖板的长度小于顶敞口盒子的顶表面的长度，金属盖板的宽度小于顶敞口盒子的顶表面的宽度，且预先在金属盖板的下长宽表面上设置焊锡环。金属盖板和顶敞口盒子放入氮氢烧结炉中进行烧结钎焊，将顶敞口盒子的顶表面与金属盖板的下长宽表面通过焊锡环钎焊连接在一起，并保证金属盖板与顶敞口盒子的对称度。
目前，上述封装存在如下的两个问题：1).现有的封装模具无法保持在氮氢烧结炉中进行的烧结过程中金属盖板与顶敞口盒子的对称度，金属盖板并不在顶敞口盒子的顶表面的正中心处，而是容易出现偏移；2).同时，金属盖板上的焊锡环与芯片烧结所使用焊片的金属成分比例相同，故焊锡环的熔化温度与焊片的熔化温度相同，且在顶敞口盒子与金属盖板的烧结过程中辅重盘的金属重锤压在顶敞口盒子的底面上，由于金属重锤导热快，导致顶敞口盒子的底部受热快，从而使得在顶敞口盒子与金属盖板的烧结过程中，之前已经烧结固定在顶敞口盒子的内底面上的芯片与顶敞口盒子之间的钎焊层出现重熔的现象，造成芯片与顶敞口盒子的内底面之间焊接不良以致导电不良，影响二极管的封装成品率及长期使用的可靠性。
因此，如何保证在氮氢烧结炉中进行的烧结过程中金属盖板与顶敞口盒子的对称度，使得金属盖板位于顶敞口盒子的顶表面的正中心处，且避免顶敞口盒子与金属盖板的烧结钎焊过程将芯片与顶敞口盒子之间的钎焊层重熔造成芯片与顶敞口盒子的内底面之间焊接不良以致导电不良的问题，最终提高封装的质量以及使用寿命，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具。本发明的另外一个目的是提供一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装方法。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具，包括模具底板与定位板；
所述陶瓷金属外壳包括顶敞口但其余面都封闭的顶敞口盒子与金属盖板；
所述定位板上设置有多个变径矩形通孔，每一个变径矩形通孔按照其轴向方向分为上下两段，位于上侧的为上段矩形通孔，位于下侧的为下段矩形通孔，所述上段矩形通孔的径向长度小于所述下段矩形通孔的径向长度，所述上段矩形通孔的径向宽度小于所述下段矩形通孔的径向宽度，所述上段矩形通孔的轴向中心线与所述下段矩形通孔的轴向中心线重合，所述上段矩形通孔的长高方向内壁面与所述下段矩形通孔的长高方向内壁面相互平行且间隔距离，所述上段矩形通孔的宽高方向内壁面与所述下段矩形通孔的宽高方向内壁面相互平行且间隔距离；
所述上段矩形通孔的径向长度与所述金属盖板的长度相等，且所述上段矩形通孔的径向宽度与所述金属盖板的宽度相等，以用于内嵌定位金属盖板，防止金属盖板移动；
所述下段矩形通孔的径向长度与所述顶敞口盒子的长度相等，且所述下段矩形通孔的径向宽度与所述顶敞口盒子的宽度相等，以用于内嵌定位顶敞口盒子，防止顶敞口盒子移动；
所述模具底板的上长宽表面上设置有多个定位凸台，所述定位板上设置有多个定位通孔，所述模具底板上的定位凸台插入所述定位板上的定位通孔中以用于使得所述定位板固定在所述模具底板的上长宽表面上，防止定位板移动。
优选的，还包括加压装置，所述加压装置包括插杆底板、增重板以及金属杆；
所述插杆底板的下长宽表面上设置有多个定位盲孔，所述模具底板上的定位凸台插入所述插杆底板上的定位盲孔中，所述插杆底板、定位板、模具底板按照从上到下的顺序依次叠加；
所述插杆底板上设置有多个插杆通孔，所述金属杆以竖直姿态插入所述插杆底板上的插杆通孔中，所述金属杆的底端接触压迫所述金属盖板的上长宽表面；
所述插杆底板的上长宽表面上设置有多个定位凸台，所述增重板上设置有多个定位通孔，所述插杆底板上的定位凸台插入所述增重板上的定位通孔中；
所述增重板上设置有多个插杆通孔，所述增重板上的插杆通孔套设在所述金属杆的上端上以用于由所述增重板限位所述金属杆。
一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装方法，使用上述的表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具，包括以下步骤：
1)准备已经设置有芯片的顶敞口盒子，所述芯片通过烧结钎焊设置于所述顶敞口盒子的内底面上；
准备金属盖板，所述金属盖板的下长宽表面上设置有焊锡环；
2)将所述定位板按照其上长宽表面朝下且下长宽表面朝上的姿态平放，然后将步骤1)准备好的顶敞口盒子按照其顶敞口朝下的姿态插入所述定位板上的下段矩形通孔中，然后将模具底板按照其上长宽表面朝下且下长宽表面朝上的姿态平放叠加在所述定位板的下长宽表面上，且将所述模具底板上的定位凸台插入所述定位板上的定位通孔中，然后将叠加在一起的模具底板与定位板翻转过来使得二者的上长宽表面均朝上且下长宽表面均朝下；
3)将步骤1)准备好的金属盖板按照其上长宽表面朝上且下长宽表面朝下的姿态放入步骤2)完成之后的定位板上的上段矩形通孔中，所述金属盖板下落在所述顶敞口盒子的顶表面上；
4)将所述加压装置组装完成，使得所述金属杆的底端接触压迫所述金属盖板的上长宽表面；
5)将步骤4)完成后组装在一起的顶敞口盒子、金属盖板以及封装模具放入氮氢烧结炉中进行烧结，烧结过程中焊锡环熔化，将顶敞口盒子的顶表面与金属盖板的下长宽表面钎焊连接在一起，完成后即完成封装。
本发明的有益效果是：
1).本申请将用于内嵌定位金属盖板的上段矩形通孔与用于内嵌定位顶敞口盒子的下段矩形通孔一起成型于定位板上，合理控制上段矩形通孔与下段矩形通孔的形状、大小以及二者之间的位置关系，从而保证了在氮氢烧结炉中进行的烧结过程中金属盖板与顶敞口盒子的对称度，使得金属盖板位于顶敞口盒子的顶表面的正中心处。
2).步骤5)烧结封装过程中，金属杆的底端压在金属盖板的上长宽表面上，使得金属杆的底端不再像传统中那样压在顶敞口盒子的外底面上，金属杆的热量传导至金属盖板上，热量传导至顶敞口盒子的底部的速度慢，通过控制封装时间，使金属盖板上的焊锡环完全熔融，而焊接芯片的焊料不熔化，如此既保证了顶敞口盒子与金属盖板的钎焊封装完全且良好，又保证了芯片与顶敞口盒子之间的焊接牢固，避免了顶敞口盒子与金属盖板的烧结钎焊过程将芯片与顶敞口盒子之间的钎焊层重熔造成芯片与顶敞口盒子的内底面之间焊接不良以致导电不良的问题，最终提高了封装的质量以及使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具的分解三维结构示意图；
图2为图1中的变径矩形通孔的放大的三维结构示意图；
图3为本发明实施例提供的表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件(二极管)的放大的分解三维结构示意图。
图中：1模具底板，101模具底板上的定位凸台，2定位板，201变径矩形通孔，2011上段矩形通孔，2012下段矩形通孔，202定位板上的定位通孔；
3插杆底板，301插杆底板上的定位凸台，302插杆底板上的插杆通孔；
4增重板，401增重板上的定位通孔，402增重板上的插杆通孔，5金属杆；
001顶敞口盒子，002芯片，003金属盖板，004焊锡环。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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的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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征的正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1～图3所示，图1为本发明实施例提供的一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具的分解三维结构示意图；图2为图1中的变径矩形通孔的放大的三维结构示意图；图3为本发明实施例提供的表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件(二极管)的放大的分解三维结构示意图；图中：模具底板1，模具底板上的定位凸台101，定位板2，变径矩形通孔201，上段矩形通孔2011，下段矩形通孔2012，定位板上的定位通孔202；插杆底板3，插杆底板上的定位凸台301，插杆底板上的插杆通孔302，增重板4，增重板上的定位通孔401，增重板上的插杆通孔402，金属杆5；顶敞口盒子001，芯片002，金属盖板003，焊锡环004。
本申请提供了一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具，包括模具底板1与定位板2；
所述陶瓷金属外壳包括顶敞口但其余面都封闭的顶敞口盒子001与金属盖板003；
所述定位板2上设置有多个变径矩形通孔201，每一个变径矩形通孔201按照其轴向方向分为上下两段，位于上侧的为上段矩形通孔2011，位于下侧的为下段矩形通孔2012，所述上段矩形通孔2011的径向长度小于所述下段矩形通孔2012的径向长度，所述上段矩形通孔2011的径向宽度小于所述下段矩形通孔2012的径向宽度，所述上段矩形通孔2011的轴向中心线与所述下段矩形通孔2012的轴向中心线重合，所述上段矩形通孔2011的长高方向内壁面与所述下段矩形通孔2012的长高方向内壁面相互平行且间隔距离，所述上段矩形通孔2011的宽高方向内壁面与所述下段矩形通孔2012的宽高方向内壁面相互平行且间隔距离；
所述上段矩形通孔2011的径向长度与所述金属盖板003的长度相等，且所述上段矩形通孔2011的径向宽度与所述金属盖板003的宽度相等，以用于正好内嵌定位金属盖板003，防止金属盖板003移动；
所述下段矩形通孔2012的径向长度与所述顶敞口盒子001的长度相等，且所述下段矩形通孔2012的径向宽度与所述顶敞口盒子001的宽度相等，以用于正好内嵌定位顶敞口盒子001，防止顶敞口盒子001移动；
所述模具底板1的上长宽表面上设置有多个定位凸台101，所述定位板2上设置有多个定位通孔202，所述模具底板1上的定位凸台101插入所述定位板2上的定位通孔202中以用于使得所述定位板2固定在所述模具底板1的上长宽表面上，防止定位板2移动。
在本申请的一个实施例中，上述的一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具还包括加压装置，所述加压装置包括插杆底板3、增重板4以及金属杆5；
所述插杆底板3的下长宽表面上设置有多个定位盲孔，所述模具底板1上的定位凸台101插入所述插杆底板3上的定位盲孔中，所述插杆底板3、定位板2、模具底板1按照从上到下的顺序依次叠加；
所述插杆底板3上设置有多个插杆通孔302，所述金属杆5以竖直姿态插入所述插杆底板3上的插杆通孔302中，所述金属杆5的底端接触压迫所述金属盖板003的上长宽表面；
所述插杆底板3的上长宽表面上设置有多个定位凸台301，所述增重板4上设置有多个定位通孔401，所述插杆底板3上的定位凸台301插入所述增重板4上的定位通孔401中；
所述增重板4上设置有多个插杆通孔402，所述增重板4上的插杆通孔402套设在所述金属杆5的上端上以用于由所述增重板4压迫限位所述金属杆5。
本申请还提供了一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装方法，使用上述的表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具，包括以下步骤：
1)准备已经设置有芯片002的顶敞口盒子001，所述芯片002通过烧结钎焊设置于所述顶敞口盒子001的内底面上；
准备金属盖板003，所述金属盖板003的下长宽表面上设置有焊锡环004；
2)将所述定位板2按照其上长宽表面朝下且下长宽表面朝上的姿态平放，然后将步骤1)准备好的顶敞口盒子001按照其顶敞口朝下的姿态插入所述定位板2上的下段矩形通孔2012中，然后将模具底板1按照其上长宽表面朝下且下长宽表面朝上的姿态平放叠加在所述定位板2的下长宽表面上，且将所述模具底板1上的定位凸台101插入所述定位板2上的定位通孔202中，然后将叠加在一起的模具底板1与定位板2翻转过来使得二者的上长宽表面均朝上且下长宽表面均朝下；
3)将步骤1)准备好的金属盖板003按照其上长宽表面朝上且下长宽表面朝下的姿态放入步骤2)完成之后的定位板2上的上段矩形通孔2011中，所述金属盖板003下落在所述顶敞口盒子001的顶表面上，所述金属盖板003的下长宽表面上的焊锡环004的底表面与所述顶敞口盒子001的顶表面接触；
4)将所述加压装置组装完成，使得所述金属杆5的底端接触压迫所述金属盖板003的上长宽表面；
5)将步骤4)完成后组装在一起的顶敞口盒子001、金属盖板003以及封装模具放入氮氢烧结炉中进行烧结，烧结过程中焊锡环004熔化，在整个烧结过程中自始至终金属杆与增重板的重量压迫着金属盖板，边压迫边烧结钎焊，将顶敞口盒子001的顶表面与金属盖板003的下长宽表面钎焊连接在一起，完成后即完成封装。
本发明的有益效果是：
1).本申请将用于内嵌定位金属盖板003的上段矩形通孔2011与用于内嵌定位顶敞口盒子001的下段矩形通孔2012一起成型于定位板2上，合理控制上段矩形通孔2011与下段矩形通孔2012的形状、大小以及二者之间的位置关系，从而保证了在氮氢烧结炉中进行的烧结过程中金属盖板003与顶敞口盒子001的对称度，使得金属盖板003位于顶敞口盒子001的顶表面的正中心处。
2).步骤5)烧结封装过程中，金属杆5的底端压在金属盖板003的上长宽表面上，使得金属杆5的底端不再像传统中那样压在顶敞口盒子001的外底面上，金属杆5的热量传导至金属盖板003上，热量传导至顶敞口盒子001的底部的速度慢，通过控制封装时间，使金属盖板003上的焊锡环完全熔融，而焊接芯片002的焊料不熔化，如此既保证了顶敞口盒子001与金属盖板003的钎焊封装完全且良好，又保证了芯片002与顶敞口盒子001之间的焊接牢固，避免了顶敞口盒子001与金属盖板003的烧结钎焊过程将芯片002与顶敞口盒子001之间的钎焊层重熔造成芯片002与顶敞口盒子001的内底面之间焊接不良以致导电不良的问题，最终提高了封装的质量以及使用寿命。
本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。
本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具，其特征在于，包括模具底板与定位板；
所述陶瓷金属外壳包括顶敞口但其余面都封闭的顶敞口盒子与金属盖板；
所述定位板上设置有多个变径矩形通孔，每一个变径矩形通孔按照其轴向方向分为上下两段，位于上侧的为上段矩形通孔，位于下侧的为下段矩形通孔，所述上段矩形通孔的径向长度小于所述下段矩形通孔的径向长度，所述上段矩形通孔的径向宽度小于所述下段矩形通孔的径向宽度，所述上段矩形通孔的轴向中心线与所述下段矩形通孔的轴向中心线重合，所述上段矩形通孔的长高方向内壁面与所述下段矩形通孔的长高方向内壁面相互平行且间隔距离，所述上段矩形通孔的宽高方向内壁面与所述下段矩形通孔的宽高方向内壁面相互平行且间隔距离；
所述上段矩形通孔的径向长度与所述金属盖板的长度相等，且所述上段矩形通孔的径向宽度与所述金属盖板的宽度相等，以用于内嵌定位金属盖板，防止金属盖板移动；
所述下段矩形通孔的径向长度与所述顶敞口盒子的长度相等，且所述下段矩形通孔的径向宽度与所述顶敞口盒子的宽度相等，以用于内嵌定位顶敞口盒子，防止顶敞口盒子移动；
所述模具底板的上长宽表面上设置有多个定位凸台，所述定位板上设置有多个定位通孔，所述模具底板上的定位凸台插入所述定位板上的定位通孔中以用于使得所述定位板固定在所述模具底板的上长宽表面上，防止定位板移动；
还包括加压装置，所述加压装置包括插杆底板、增重板以及金属杆；
所述插杆底板的下长宽表面上设置有多个定位盲孔，所述模具底板上的定位凸台插入所述插杆底板上的定位盲孔中，所述插杆底板、定位板、模具底板按照从上到下的顺序依次叠加；
所述插杆底板上设置有多个插杆通孔，所述金属杆以竖直姿态插入所述插杆底板上的插杆通孔中，所述金属杆的底端接触压迫所述金属盖板的上长宽表面；
所述插杆底板的上长宽表面上设置有多个定位凸台，所述增重板上设置有多个定位通孔，所述插杆底板上的定位凸台插入所述增重板上的定位通孔中；
所述增重板上设置有多个插杆通孔，所述增重板上的插杆通孔套设在所述金属杆的上端上以用于由所述增重板限位所述金属杆。
2.一种表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装方法，其特征在于，使用权利要求1所述的表面贴装且陶瓷金属外壳的电子器件的封装模具，包括以下步骤：
1)准备已经设置有芯片的顶敞口盒子，所述芯片通过烧结钎焊设置于所述顶敞口盒子的内底面上；
准备金属盖板，所述金属盖板的下长宽表面上设置有焊锡环；
2)将所述定位板按照其上长宽表面朝下且下长宽表面朝上的姿态平放，然后将步骤1)准备好的顶敞口盒子按照其顶敞口朝下的姿态插入所述定位板上的下段矩形通孔中，然后将模具底板按照其上长宽表面朝下且下长宽表面朝上的姿态平放叠加在所述定位板的下长宽表面上，且将所述模具底板上的定位凸台插入所述定位板上的定位通孔中，然后将叠加在一起的模具底板与定位板翻转过来使得二者的上长宽表面均朝上且下长宽表面均朝下；
3)将步骤1)准备好的金属盖板按照其上长宽表面朝上且下长宽表面朝下的姿态放入步骤2)完成之后的定位板上的上段矩形通孔中，所述金属盖板下落在所述顶敞口盒子的顶表面上；
4)将所述加压装置组装完成，使得所述金属杆的底端接触压迫所述金属盖板的上长宽表面；
5)将步骤4)完成后组装在一起的顶敞口盒子、金属盖板以及封装模具放入氮氢烧结炉中进行烧结，烧结过程中焊锡环熔化，将顶敞口盒子的顶表面与金属盖板的下长宽表面钎焊连接在一起，完成后即完成封装。
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