CN202196764U - 半导体三极管内部绝缘型to-220框架烧结夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体电子器件封装技术，尤其是涉及半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具。该夹具包括有一不锈钢材质的底座，底座上设有可供三极管的散热板、陶瓷片、载芯板、高温焊片进行组装的烧结区，以及设有相应的定位针；定位规活动组装于底座上，定位规具有用于定位陶瓷片的齿口；压条压在放置好的载芯板上，数夹具支架安装在底座上，提供外力施加在压条上。本实用新型以不锈钢材质制作底座，导热系数高，高温迅速受热，低温快速冷却；热膨胀系数小，可承受加热和冷却作用而引起的热应力；结构简单，科学合理，投资成本低，且操作运行简便，定位准确，维护检修十分方便，大大提高了夹具的运行率和可操作性。

Description

半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具

技术领域

本实用新型涉及半导体电子器件封装技术，尤其是涉及半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具。 

背景技术

现有TO-220塑封晶体管，其塑封体上带有外露的金属散热片，装机时散热板与外部散热片直接接触，在应用中散热效果良好。但由于散热片直接与电源连接，存在带电问题，无法实现散热板与外界的绝缘，在一些涉及安全的工作场合应用受到限制。为解决散热板的绝缘问题，市场上一些产品将散热片直接包封在塑封层内部(如TO-220F)，解决散热板与外界的绝缘问题，但无法达到有效的散热效果。 

为开拓市场，本申请人研究开发出内部绝缘型TO-220产品，其外形与普通TO-220一样，但散热板与载芯板之间采用高导热绝缘陶瓷片进行绝缘隔离，具有3500V以上的绝缘耐压的半导体产品，可以同时满足散热、绝缘效果良好的作用。 

目前，内部绝缘型TO-220产品市场上没有一次成型的框架可供装配使用，框架需采用专用夹具将散热板、陶瓷片、载芯板、高温焊片进行组装，再通过烧结炉烧结完成。现有夹具的材料为黄铜，黄铜 热膨胀系数大，无法承受迅速加热和快速冷却作用而引起的热应力，使夹具收缩变形寿命短。且夹具设计存在缺陷、精度不够，造成内部缘型框架烧结时损耗大，框架烧结后存在尺寸偏差，影响产品质量和外观，框架烧结成品率低，无法满足OEM客户NXP半导体公司的要求。 

本申请人秉持研究创新、精益求精之精神，利用专业眼光和专业知识，针对现有框架专用夹具之结构缺陷及使用寿命短的常见问题，已经确定有效解决方案，因此提出本案之申请。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种不易变形，够承受迅速加热和快速冷却而不引起热应力作用的半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具。 

本实用新型再一优点是结构简单，科学合理，易实施，且定位准确，精度高的半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具。 

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具，该夹具包括有： 

一不锈钢材质的底座，底座上设有可供三极管的散热板、陶瓷片、载芯板、高温焊片进行组装的烧结区，在烧结区及烧结区以外的底座其它区域上设有相应的定位针； 

一定位规，活动组装于底座上，定位规具有用于定位陶瓷片放置在散热板上的齿口； 

一压条，压在放置好的载芯板上，压条上设有若干方便热气流对 载芯板进行加热的通孔； 

数夹具支架，安装在底座上，提供外力施加在压条上。 

所述定位针包括用于定位散热板左右位移的第一定位针、用于定位定位规的第二定位针、用于对散热板前后位置进行限位的第三定位针、用于对载芯板起左右定位作用的第四定位针，以及用于对载芯板前后位置进行限位的第五定位针。其中，所述第一定位针及第二定位针为圆柱形，第三定位针的断面为菱形，所述第四定位针及第五定位针的末端倒15°，且第五定位针的断面为菱形。 

所述压条的抵压面设计为匹配载芯板至管脚为台阶设计的台阶面。 

所述夹具支架为多段铰接形成，尾端活动扣接到底座上，而夹具支架的中段跨设于压条上方，并在跨设段上设有螺纹孔，螺丝对应螺纹孔安装并施加外力在压条上而将压条压住载芯板锁紧在夹具底座。 

本实用新型以不锈钢材质制作底座，导热系数高，高温迅速受热，低温快速冷却；热膨胀系数小，可承受加热和冷却作用而引起的热应力；硬度高、韧性高，可有效延长夹具寿命。底座上设有相应的定位针及配有定位规，可实现散热板、陶瓷片、载芯板、高温焊片快速的进行组装，且定位准确，精度高，大大降低内部绝缘型框架烧结时的损耗，使框架烧结后的尺寸偏差小，甚至达到零偏差，产品质量和外观极大提升，框架烧结成品率高，满足OEM客户NXP半导体公司的要求。 

本实用新型再一优点是结构简单，科学合理，投资成本低，且操 作运行简便，维护检修十分方便，大大提高了夹具的运行率和可操作性。 

附图说明

附图1为本实用新型的结构组合示意图； 

附图2为本实用新型实施状态示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步说明： 

参阅图1所示，系为本实用新型的较佳实施示意图，本实用新型有关一种半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具，该夹具包括有：一不锈钢材质的底座1，底座1上设有可供三极管的散热板、陶瓷片、载芯板、高温焊片进行组装的烧结区11，在烧结区11及烧结区11以外的底座1其它区域上设有相应的定位针；定位针包括用于定位散热板左右位移的第一定位针12、用于定位定位规2的第二定位针13、用于对散热板前后位置进行限位的第三定位针14、用于对载芯板起左右定位作用的第四定位针15，以及用于对载芯板前后位置进行限位的第五定位针16。定位规2活动组装于底座1上，定位规2具有用于定位陶瓷片放置在散热板上的齿口21，齿口21呈U形，定位陶瓷片快，组装容易。一压条3压在放置好的载芯板上，压条3上设有若干方便热气流对载芯板进行加热的通孔31；数夹具支架4安装在底座1上，提供外力施加在压条3上。夹具支架4为多段铰接形成，首端通过螺钉等紧固件锁定在底座1上，而尾端活动扣接到底座1上，夹具支架4的中段跨设于压条3上方，并在跨设段上设 有螺纹孔41，螺丝5对应螺纹孔41安装并施加外力在压条3上而将压条压住载芯板锁紧在夹具底座1。 

图2所示，组设实施时，先是通过定位针把散热板固定在夹具的底座1之烧结区11上，然后通过定位规2把陶瓷片摆放在散热板上面，陶瓷片上下各摆放一层高温焊料片，接着通过定位针把载芯板摆放在陶瓷片上，最后把压条3压在载芯板上面，通过夹具支架4扣紧并拧紧上面的螺丝5，使压条3紧紧的压住载芯板，然后把夹具放入烧结炉进行高温烧结，低温迅速冷却，同时在烧结炉通入工艺气体，避免氧化，即生产出内部绝缘型TO-220框架。 

本实施中，底座1从侧面看设计为齿型，即满足散热板平面只有3个支撑位的要求，使底座1与散热片平面水平度一致，防止底座不平造成散热板与陶瓷片结合不良及载芯板与陶瓷片结合不良等，影响塑封后散热片背面外观溢料不良。将底座设计为3齿型，没有对散热板20个框架位进行限位，避免不锈钢夹具与铜框架的膨胀系数不一致造成的框架变形。本实施中，在底座还开凿四个半径为8mm半圆孔，方便拆卸框架。 

所述第一定位针12及第二定位针13为圆柱形，在底座最中间位置按散热板圆孔直径设计的两支第一定位针12，对散热板起主要定位作用，防止散热板左右偏移；两支第二定位针13对陶瓷片的定位规2起定位作用，两支第二定位针13高度比定位规2的厚度高，防止定位规2在定位针处抬起脱落，两支第二定位针13直径比散热板圆孔直径小，防止散热板受热膨胀变形；对散热板前后位置进行限位 的第三定位针14的断面为菱形，防止散热板高温膨胀与不锈钢低膨胀造成的散热板左右膨胀变形，同时保证烧结后框架的宽度尺寸。所述第四定位针15及第五定位针16的末端倒15°，增强定位针使用效果，且第五定位针16的断面为菱形。在实施时，第四定位针15为圆形定位针，对载芯板起左右定位作用，防止载芯板左右偏移。第五定位针16在载芯板边缘两侧，菱形设计对载芯板前后位置进行限位，防止载芯板高温膨胀与不锈钢低膨胀造成的载芯板左右膨胀变形，保证烧结后框架的宽度尺寸。 

本实施例中，在载芯板上面设计压条3，并在压条3上设计有φ4.0mm的通孔31，工作时，直接让热气流通过通孔31对载芯板进行加热。因载芯板至管脚为台阶平面，因而压条3的抵压面设计为匹配载芯板至管脚为台阶设计的台阶面；压条高度设计为6.0mm，并在压条上设计载芯板的台阶高度0.5mm，将载芯板压紧，对载芯板、陶瓷片施加外力。压条3在高温烧结时，高温焊片融化使载芯板、陶瓷片、散热板结合在一起，同时受力作用时高温焊片融化不出现溢锡。 

本实用新型由于使用DC53不锈钢作为内部绝缘型TO-220框架烧结夹具的材料，夹具可承受受热和冷却作用而引起的热应力，有效延长模具寿命。DC53不锈钢夹具的寿命是黄铜夹具的4～5倍，DC53不锈钢夹具生产的框架比黄铜夹具生产的框架成品率提高0.2％，有效的节约单位生产成本。底座、圆形定位针、菱形定位针、定位规、压条经生产实践使用，达到最合理的设计，使内部绝缘型TO-220框架批量烧结成品率达到99.9％，使生产的内部绝缘型TO-220半导体 在市场具有较高的发言权，可以与国外ST(意法半导体)进行竞争。 

以上图示，仅为本实用新型较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的使用范围，故凡是在本实用新型原理上做等效改变均应包含在本实用新型的保护范围内。 

Claims (5)

1.半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具，其特征在于：该夹具包括有：

一不锈钢材质的底座(1)，底座(1)上设有可供三极管的散热板、陶瓷片、载芯板、高温焊片进行组装的烧结区(11)，在烧结区(11)及烧结区(11)以外的底座(1)其它区域上设有相应的定位针；

一定位规(2)，活动组装于底座(1)上，定位规(2)具有用于定位陶瓷片放置在散热板上的齿口(21)；

一压条(3)，压在放置好的载芯板上，压条(3)上设有若干方便热气流对载芯板进行加热的通孔(31)；

数夹具支架(4)，安装在底座(1)上，提供外力施加在压条(3)上。

2.根据权利要求1所述的半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具，其特征在于：所述定位针包括用于定位散热板左右位移的第一定位针(12)、用于定位定位规(2)的第二定位针(13)、用于对散热板前后位置进行限位的第三定位针(14)、用于对载芯板起左右定位作用的第四定位针(15)，以及用于对载芯板前后位置进行限位的第五定位针(16)。

3.根据权利要求2所述的半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具，其特征在于：所述第一定位针(12)及第二定位针(13)为圆柱形，第三定位针(14)的断面为菱形，所述第四定位针(15)及第五定位针(16)的末端倒15°，且第五定位针(16)的断面为菱形。

4.根据权利要求1所述的半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具，其特征在于：所述压条(3)的抵压面设计为匹配载芯板至管脚为台阶设计的台阶面。

5.根据权利要求1所述的半导体三极管内部绝缘型TO-220框架烧结夹具，其特征在于：所述夹具支架(4)为多段铰接形成，尾端活动扣接到底座(1)上，而夹具支架(4)的中段跨设于压条(3)上方，并在跨设段上设有螺纹孔(41)，螺丝(5)对应螺纹孔(41)安装并施加外力在压条(3)上而将压条压住载芯板锁紧在夹具底座(1)。

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