CN115763385A - 一种低损耗功率开关封装外壳及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种低损耗功率开关封装外壳；包括基座，所述基座为一面开口的空心体,基座开口的一端边缘上安装有封口环，其底部分别设置有外电极和外电极，基座上加工有内电极和焊盘，所述内电极与外电极连接，所述焊盘与外电极连接，所述基座内加工金属夹层。本发明采用高温共烧陶瓷技术和电镀金属层的的方法生产，不但使器件轻量化，产品具有机械强度高、化学性能稳定，将芯片的外电极和内部芯片的烧焊底座加工为一体，减少了芯片阻抗，大大提高了期间的功率密度，并且芯片的散热效果也得到提升。

Description

一种低损耗功率开关封装外壳及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种低损耗功率开关封装外壳及其加工工艺。

背景技术

陶瓷外壳是在陶瓷的两个端面分别加工焊接芯片和键合芯片的焊接区，在另一端面加工与其他器件连接的外电极，然后通过封口环和盖板将焊接有芯片的一端密封，该封装方式会导致器件重量较重，使其功率密度很难达到航空航天等精密领域的要求；为了是器件轻量化，如对比文件1公开的CN109637980A一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳及加工工艺多片生瓷片层压为一个陶瓷底座，并且在生瓷片上同样加工了层间通孔，但对比文件1中的芯片极座和底部的外电极之间仍然使用金属通孔连接，使其功率密度低，芯片和的散热效果差，降低了芯片的性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低损耗功率开关封装外壳及其加工工艺。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种低损耗功率开关封装外壳；包括基座，所述基座为一面开口的空心体,基座开口的一端边缘上安装有封口环，其底部分别设置有外电极和外电极，基座上加工有内电极和焊盘，所述内电极与外电极连接，所述焊盘与外电极连接，所述基座内加工金属夹层。

所述金属夹层的形状大小及排布方式与内电极相同。

所述外电极和焊盘为一体结构，外电极安装在基座底部加工出的芯片腔内。

所述内电极和外电极之间通过金属柱连接，金属柱设置在基座底部加工出的若干通孔内。

5、一种低损耗功率开关封装外壳的加工工艺；

1)在多片生瓷片上加工通孔；

2)通过掩膜版将金属化浆料注入所述通孔内，再使用镂空图案和内电极相同的低损耗功率开关封装外壳及其加工工艺覆盖在生瓷片上，将金属化浆料涂覆在低损耗功率开关封装外壳及其加工工艺的镂空处；

3)分别在陶瓷片上加工腔体和芯片腔；

4)加工后的多个生瓷片整齐叠在一起压实后烧结形成基座；

5)在基座开口和基座底部芯片腔的边缘处沉积镍；

6)将封口环焊接在基座开口上，将电极片焊接在芯片腔内；

7)在基座上涂覆有金属化浆料的区域沉积内电极。

所述生瓷片具有与GaAs和Si相匹配热膨胀系数，相同，生瓷片的厚度为0.2mm。

所述金属化浆料的涂覆厚度为1.3～8.9μm。

所述步骤7中4的表层为厚度在1.3～5.7um的金，第二层为厚度在1.3～8.9um的镍或镍合金，第三层为厚度在5～30um的钨或钼锰。

所述步骤6中电极片在焊接前进行退火处理。

所述通孔的孔径为0.2mm。

本发明的有益效果在于：采用高温共烧陶瓷技术和电镀金属层的的方法生产，不但使器件轻量化，产品具有机械强度高、化学性能稳定，将芯片的外电极和内部芯片的烧焊底座加工为一体，减少了芯片阻抗，大大提高了期间的功率密度，并且芯片的散热效果也得到提升。

附图说明

图1是本发明的外壳上表面结构示意图；

图2是本发明的外壳背部结构示意图；

图3是本发明的生陶瓷片结构示意图；

图4是本发明的外电极引脚标识示意图；

图中：1-基座，2-外电极，3-封口环，4-内电极，5-芯片腔，6-外电极，7-金属夹层，8-焊盘，9-通孔。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

一种低损耗功率开关封装外壳；包括基座1，所述基座1为一面开口的空心体,基座1开口的一端边缘上安装有封口环3，其底部分别设置有外电极2和外电极6，基座1上加工有内电极4和焊盘8，所述内电极4与外电极2连接，所述焊盘8与外电极6连接，所述基座1内加工金属夹层7。

所述金属夹层7的形状大小及排布方式与内电极4相同。

所述外电极6和焊盘8为一体结构，外电极6安装在基座1底部加工出的芯片腔5内。

所述内电极4和外电极2之间通过金属柱连接，金属柱设置在基座1底部加工出的若干通孔9内。

的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1和图2所示，本实施例公开了一种交流低损耗功率开关的封装外壳，外形尺寸为20.4mm×19.42mm×5.0mm，其包括陶瓷底座、金属封接框和金属盖板。陶瓷底座为一面开口的空心体，其底部外表面设置有信号控制焊盘2块、内腔温度信号输出焊盘2块、功率电极端焊盘2块共6块焊盘。外壳空腔内表面涂覆用于固定各类管芯和元器件的金属化焊接区和电路完整性传输线。围框由机械强度高、热匹配性好的合金材料加工而成。采用高温焊料将围框与陶瓷焊接在一起，将金属封接框与金属盖板平行封焊在一起，形成容纳组装后的各类芯片和元器件的封闭空间。

陶瓷底座底部内表面铺设有多种金属化焊接区，所述金属化焊接区由多层金属材料构成，表层材料是金，第二层材料是金属镍、镍钴或者镍磷，第三层材料是金属钨或钼锰，金属化焊接区用于焊接安装芯片、光电隔离器及电阻等元器件，为组装后的各元器件提供机械固定和电连接支撑。各个金属化焊接区之间通过内腔表面连接线和中间层连线与过孔工艺共同完成电路连接。

其通过以下步骤加工：

1)采用激光打孔或者机械冲孔的方法在多片陶瓷生瓷片上加工过孔和大功率电极片安装孔，过孔孔径为0.2mm，大功率电极片安装孔尺寸为8.2mm*6.7mm。

2)通过掩膜版将金属化浆料注入所述通孔内形成层间通孔，再采用如图3所示的带有金属化区域图形的丝网，将5～30um厚的金属化浆料涂覆在通孔填充后的生瓷片表面。

3)形成的陶瓷底座是由多片生瓷片叠加而成。

4)经过上述加工的多个生瓷片叠在一起，所有生瓷片的通孔都相互对应并压实，形成含互联功能层的生瓷组件。中间层生瓷片形成了内埋连接线，并且通过通孔与电极与内腔金属层形成电连接。具体叠加生瓷片数量根据具体应用需要而定。

5)用划片机将上述叠加后的生瓷组件从其上表面切成单个陶瓷生体，然后把切割后的多个陶瓷生体在氮氢混合气氛烧结炉中进行高温烧结，形成机械强度高、电性能和化学性能优良的，具有规定形状的陶瓷底座。

6)按照陶瓷底座开口处的尺寸制作金属封接框和引脚电极片。再采用保护气氛，退火处理消除金属封接框和引脚电极片在加工过程中的应力和硬化。为了保证下一步中的陶瓷底座与金属封接框焊接过程中所使用的焊料对金属化层具有良好的浸润和流散作用，以改善金属间的连接状况，在位于金属封接框和电极片的位置处沉积厚度为1.0～3.0um的金属镍。所述沉积的金属镍是改善金属钨或者钼锰表面状态，以提高焊接强度。

7)在空气或者保护气氛，特定升温、保温和降温曲线条件下，用合金焊料实现金属封接框和电极片与陶瓷底座的气密焊接。

8)陶瓷底座的金属化焊接区、传输线和金属封接框上沉积厚度1.3～8.9um的金属镍层和厚度1.3～5.7um的金层，其中上表层为金，底层为金属镍，可满足后续共晶焊接、焊料焊接、铝丝键合、金丝键合以及表面防护的需要。金层改善封装外壳的导电性能和耐氧化性能，防止自然环境的腐蚀，同时也改善了芯片和元器件与管壳的焊接强度，键合强度。

Claims (10)

1.一种低损耗功率开关封装外壳，其特征在于：包括基座(1)，所述基座(1)为一面开口的空心体,基座(1)开口的一端边缘上安装有封口环(3)，其底部分别设置有外电极(2)和外电极(6)，基座(1)上加工有内电极(4)和焊盘(8)，所述内电极(4)与外电极(2)连接，所述焊盘(8)与外电极(6)连接，所述基座(1)内加工金属夹层(7)。

2.如权利要求1所述的低损耗功率开关封装外壳，其特征在于：所述金属夹层(7)的形状大小及排布方式与内电极(4)相同。

3.如权利要求1所述的低损耗功率开关封装外壳，其特征在于：所述外电极(6)和焊盘(8)为一体结构，外电极(6)安装在基座(1)底部加工出的芯片腔(5)内。

4.如权利要求1所述的低损耗功率开关封装外壳，其特征在于：所述内电极(4)和外电极(2)之间通过金属柱连接，金属柱设置在基座(1)底部加工出的若干通孔(9)内。

5.一种低损耗功率开关封装外壳的加工工艺，其步骤为：

1)在多片生瓷片上加工通孔(9)；

2)通过掩膜版将金属化浆料注入所述通孔(9)内，再使用镂空图案和内电极(4)相同的低损耗功率开关封装外壳及其加工工艺覆盖在生瓷片上，将金属化浆料涂覆在低损耗功率开关封装外壳及其加工工艺的镂空处；

3)分别在陶瓷片上加工腔体和芯片腔(5)；

4)加工后的多个生瓷片整齐叠在一起压实后烧结形成基座(1)；

5)在基座(1)开口和基座(1)底部芯片腔(5)的边缘处沉积镍；

6)将封口环(3)焊接在基座(1)开口上，将电极片焊接在芯片腔(5)内；

7)在基座(1)上涂覆有金属化浆料的区域沉积内电极(4)。

6.根据权利要求5所述的低损耗功率开关封装外壳的加工工艺，其特征在于：所述生瓷片具有与GaAs和Si相匹配热膨胀系数，相同，生瓷片的厚度为0.2mm。

7.如权利要求5所述的低损耗功率开关封装外壳的加工工艺，其特征在于：所述金属化浆料的涂覆厚度为1.3～8.9μm。

8.如权利要求5所述的低损耗功率开关封装外壳的加工工艺，其特征在于：所述步骤7中4的表层为厚度在1.3～5.7um的金，第二层为厚度在1.3～8.9um的镍或镍合金，第三层为厚度在5～30um的钨或钼锰。

9.如权利要求5所述的低损耗功率开关封装外壳的加工工艺，其特征在于：所述步骤6中电极片在焊接前进行退火处理。

10.如权利要求1所述的低损耗功率开关封装外壳的加工工艺，其特征在于：所述通孔(9)的孔径为0.2mm。

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