TWI485861B - Rectifier diode structure - Google Patents

Description

整流二極體結構

本發明係提供一種整流二極體結構，尤指將具導接凹槽之二極體芯片對正置放於具貫穿孔之基板，並以介面金屬層、導電金屬薄層及電極接腳固定及電性連接於基板，藉此節省接腳凸塊裝設、焊錫、封膠及底部填充劑之封裝固定製程，以達到降低生產成本及簡化製程的目的。

按，隨著電子裝置的盛行，整流二極體已大量使用在電子產品上，但傳統的整流二極體，如台灣專利證書號第101281號，公告號第3421841號，申請日西元1997年9月30日之一種片型半導體二極管之裝置及其製造方法，請參閱第十二圖所示，其係於二極管半導體蕊片A2正負極之一端安裝於該基板A之線路單元A1上，以固著膠A3覆蓋於管蕊片上，並採精密研磨加工方式，研磨固著膠，直至管蕊片另一端電極露出，續以金屬膏印製或以真空鍍膜方式形成導接線路A4，將該電極導接至基板之線路上，然後，再覆蓋一成型固著膠之保護蓋層A5，由於其需要使用固著膠、進行研磨及形成導接線路後再覆蓋固著膠，不僅步驟繁瑣，且研磨製程容易產生尺寸精度不足而產生不良品的狀況，再形成導接線路及最後覆蓋固著膠也都需要使用不同的處理機台，所以不僅設備成本高昂且產品生產成本也十 分昂貴。

此外，現今一般在市面上的整流二極體都為覆晶型，其都是在製造廠商完成製造後，交由封裝廠商來進行封裝處理，之後才能進行出貨，請參閱第十三圖所示，其主要是讓芯片B下方設有複數接腳凸塊B1，再經由焊錫B2來固定於載板B3上，並讓芯片B與載板B3形成電性連接，其亦可能使用封膠或底部填充劑填充之製程，但不論使用哪種方式都會有成本高昂的問題，且因為芯片運作所產生的熱必須經由接腳凸塊B1及焊錫B2，才可傳導至載板B3上進行散熱，其散熱傳導面積小，所以其散熱效果差，又因芯片B下方具有凸出狀之接腳凸塊B1及焊錫B2，便會讓產品之整體高度增大，其產品無法扁平化而無法符合現今電子產品輕薄化的使用需求。

上述習用覆晶型整流二極體之結構或製造方式，因為封裝前須先製作接腳凸塊B1或是進行鍍錫，才可在後續製程中使用接腳凸塊B1或錫將芯片B固定在載板B3上，這樣的作業模式長期以來根深的問題在於接腳凸塊B1使用黃金材質進行製造時，其成本過於高昂，但若使用銀或錫材質進行製造時，雖可降低成本，但又會保存期限短及信賴性不良的問題，而若要解決接腳凸塊B1及焊錫B2熱傳導不良的問題，則需增加在芯片B底部與載板B3之間填充有底部填充劑(Under fill)的加工流程，其雖可解決熱 傳導的問題，但增加製程又會延長生產所需時間，便會有提高產品生產成本之缺失。

上述習用之整流二極體，因具有諸多問題與缺失，此即為本發明人與從事此行業者所亟欲改善之目標所在。

故，發明人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種整流二極體結構的發明專利者。

本發明之第一目的乃在於，該二極體芯片設置於基板上，且讓導接凹槽對正連通各貫穿孔，再依序形成介面金屬層、導電金屬薄層及電極接腳，讓二極體芯片固定及電性連接於基板上，便可節省一般整流二極體出廠後需進行接腳凸塊裝設、焊錫、封膠及底部填充劑填充之封裝固定製程，更可節省昂貴的封裝及黃金接腳凸塊費用，進而達到降低生產成本及簡化製程的目的。

本發明之第二目的乃在於該二極體芯片為設置於基板上，且透過介面金屬層、導電金屬薄層及電極接腳來與基板形成電性連接，所以二極體芯片為抵靠於基板上表面，便可讓二極體芯片運作產生之熱能以抵貼面及電極接腳傳輸到基板，因為沒有封膠、底部填充劑或接腳凸塊來降低導熱速度，進而可達到提昇散熱效果的目的。

本發明之第三目的乃在於該二極體芯片下方不需設置接腳凸塊及底部填充劑，且整體外周緣又不須封膠，所以便可節省了接腳凸塊、底部填充劑及封膠的高度，進而達到降低產品高度以符合電子產品薄化需求之目的。

本發明之第四目的乃在於該基板為形成四組之二個貫穿孔，且於基板上置放四個水平狀左右伸出接腳型式的二極體芯片，其四個二極體芯片為以相鄰二極體芯片呈正負極相反方向設置，再進行介面金屬層、導電金屬薄層及電極接腳之處理作業，便可直接橋式整流器之製造。

本發明之第五目的乃在於導電介質利用電鍍增厚銅層方式形成增厚銅層，且填滿電鍍空間及延伸空間形成電極接腳及接腳墊，因製程簡單且銅材質製成之電極接腳及接腳墊導電效果佳，進而可達到降低製造成本及提昇導電效果之目的。

本發明之第六目的乃在於導電金屬薄層外表面形成預定厚度之增厚銅層，且電鍍空間內的增厚銅層填設有導電膠層，再利用電鍍增厚銅層方式於電鍍空間內與延伸空間中之增厚銅層及導電膠層外表面形成表面銅層，便可利用增厚銅層、導電膠層及表面銅層成型有電極接腳及接腳墊，由於導電膠層的材料成本低廉，且可避免氣泡產生影響導電，進而可在確實導電的效果下達到降低製造成本之目的。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二、三、四、五、六、七圖所示，由圖中可以清楚看出，其整流二極體結構主要為使用於整流二極體，其係包括基板1、二極體芯片2及導電部3；其中：該基板1為利用陶瓷、玻璃纖維、聚醯亞銨或酚醛樹脂所製成，其基板1上下貫穿有二個或二個以上呈雙數之貫穿孔11，各貫穿孔11可使用雷射、機械加工或陶瓷生胚預沖孔等方法成型。

該二極體芯片2為設置於基板1上表面，且二極體芯片2表面凹設有二個或二個以上呈雙數之導接凹槽21(下方實施例以二個導接凹槽21作為範例說明，並非因此形成侷限)，其二極體芯片2底面各導接凹槽21為對正連通基板1各貫穿孔11，讓各導接凹槽21與貫穿孔11連通，且二極體芯片2為使用模具或是非導電黏膠暫時固定於基板1上表面。

該導電部3為於二極體芯片2及基板1外露之表面利用真空鍍膜方式鍍設形成介面金屬層31，其介面金屬層31可為鈦、鎢、鎳、鉻或是上述金屬的合金，再以真空鍍銅膜、化學鍍鎳或化學鍍銅方式於介面金屬層31外表面形成導電金屬薄層32，讓基板1之各貫穿孔11及其對正連通之 二極體芯片2導接凹槽21內之導電金屬薄層32之間形成有電鍍空間321，再於導電金屬薄層32外表面佈設絕緣隔離層33，其絕緣隔離層33可為乾膜或是液態光阻，並利用曝光顯像作出圖形或使用印刷的方式製作成圖形，讓絕緣隔離層33於對正二極體芯片2各導接凹槽21處形成有連通電鍍空間321之延伸空間331，而其他部分之導電金屬薄層32外表面都被絕緣隔離層33覆蓋，再利用導電介質342於裸露的導電金屬薄層32表面形成增厚銅層，讓增厚銅層於電鍍空間321中形成電極接腳34，並讓增厚銅層填滿延伸空間331形成接腳墊341，再將絕緣隔離層33去除，並利用蝕刻液將基板1及二極體芯片2外表面之導電金屬薄層32及介面金屬層31去除，便完成整流二極體之製造。

請參閱第五、六、七圖所示，由圖中及上述說明內可以清楚看出，該整流二極體結構完成後，其較佳實施例為水平狀左右伸出接腳型式的二極體芯片2，二極體芯片2之底面設置有二個導接凹槽21，其二導接凹槽21皆為原本出廠時供接腳凸塊連接用之接腳槽211，二極體芯片2位於基板1上表面，且二極體芯片2下表面二導接凹槽21分別對正連通二貫穿孔11，二極體芯片2之各導接凹槽21內表面、基板1之各貫穿孔11內表面及基板1底面貫穿孔11周緣表面由內朝外具有介面金屬層31及導電金屬薄層32 ，且導接凹槽21及貫穿孔11內導電金屬薄層32之間形成的電鍍空間321以導電介質342成型有電極接腳34，電極接腳34再於基板1下方以導電介質342延伸有伸至貫穿孔11周緣表面所設導電金屬薄層32外表面之接腳墊341。

此時，因為利用介面金屬層31、導電金屬薄層32、電極接腳34及接腳墊341，便可讓二極體芯片2與基板1形成定位，同時，基板1於二極體芯片2設置前先行設有預設線路或於二極體芯片2設置之後設有預設線路時，又可與二極體芯片2形成電性連接，則二極體芯片2在製造完成之後，不須經過封裝固定製程，如設置接腳凸塊、外部封膠及底部填充劑等，便可直接拿來與基板1形成定位及電性連接，進而可節省製程及降低生產成本。

請參閱第七、八圖所示，由圖中及上述說明內可以清楚看出，該整流二極體結構之另一實施例為使用水平狀左右伸出接腳型式的二極體芯片2，該基板1為形成四組之二個貫穿孔11，再於基板1上置放四個二極體芯片2，其四個二極體芯片2為以相鄰二極體芯片2呈正負極相反方向設置，且各二極體芯片2之各導接凹槽21為對正基板1各貫穿孔11，再透過上述相同處理流程形成介面金屬層31、導電金屬薄層32及具接腳墊341之電極接腳34，如此一來便可讓四個二極體芯片2固定於基板1上並與基板1形成電 性連接，其四個二極體芯片2為以相鄰二極體芯片2之同極性電極接腳34電性連接，另側之電極接腳34再連接到基板1上的線路，便可完成橋式整流器之製造。

上述之雷射、機械加工、陶瓷生胚預沖孔、真空鍍膜、化學鍍、乾膜或、液態光阻、曝光顯像作出圖形、印刷製作圖形及蝕刻去除等係為習知之技術，且該細部構成非本案發明要點，茲不再贅述。

另，請參閱第七、九圖所示，由圖中及上述說明內可以清楚看出，該電鍍空間321內以導電介質342形成電極接腳34及接腳墊341時，可利用電鍍增厚銅層方式直接形成增厚銅層3421，且增厚銅層3421為填滿電鍍空間321及延伸空間331形成電極接腳34及接腳墊341，然而，在實際製造時，因為電鍍增厚銅層方式成本較為高昂，所以亦可於電鍍空間321及延伸空間331之導電金屬薄層32表面利用電鍍增厚銅層方式形成預定厚度之增厚銅層3421後，再於電鍍空間321內之增厚銅層3421之間填設有導電膠層3422，之後再利用電鍍增厚銅層方式於電鍍空間321內與延伸空間331中之增厚銅層3421及導電膠層3422外表面形成表面銅層3423，便可以利用增厚銅層3421、導電膠層3422及表面銅層3423成型有電極接腳34及接腳墊341。

由於導電膠層3422的材料成本比增厚銅層3421 的材料成本低廉，所以在生產製造上便可確實的降低成本，且因增厚銅層3421表面成形有表面銅層3423來形成電性連接，所以二極體芯片2之導接凹槽21內可經由增厚銅層3421及表面銅層3423來傳導電，再者，因為增厚銅層3421與表面銅層3423之間所設的導電膠層3422除了具有導電的效果之外，又有填滿空間避免產生氣泡而影響導電的效果，便可在仍可確實導電的效果下降低製造成本。

請參閱第十、十一圖所示，由圖中及上述說明內可以清楚看出，該整流二極體結構之再一實施例為垂直狀上下伸出接腳型式的二極體芯片2，二極體芯片2於底面設置有二個導接凹槽21，其分別為原本出廠時供接腳凸塊連接用之接腳槽211及另外設置之電鍍凹槽212，頂面則設有一個導接凹槽21，頂面之導接凹槽21為接腳槽211，將二極體芯片2放置於基板1上表面，並讓二極體芯片2下表面之接腳槽211及電鍍凹槽212對正連通各貫穿孔11，且使用模具或是非導電黏膠暫時將二極體芯片2固定於基板1上表面，再將導接架213裝設於二極體芯片2上，其導接架213具有伸至頂面接腳槽211外側之基部2131，基部2131另端為延伸有連續彎折狀伸至二極體芯片2下方之彎折部2132，彎折部2132再延伸有伸至底面電鍍凹槽212外側之末端2133，並以非導電黏膠進行 固定，之後進行真空鍍膜形成位於基板1及二極體芯片2外表面之介面金屬層31，再以真空鍍銅膜、化學鍍鎳或化學鍍銅方式於介面金屬層31外表面形成導電金屬薄層32，讓基板1之各貫穿孔11及其對正連通之二極體芯片2導接凹槽21(各接腳槽211及電鍍凹槽212)內之導電金屬薄層32之間形成有電鍍空間321，再於導電金屬薄層32外表面佈設絕緣隔離層33，並利用曝光顯像作出圖形或使用印刷的方式製作成圖形，讓絕緣隔離層33於對正二極體芯片2各導接凹槽21處形成有連通電鍍空間321之延伸空間331，再透過導電介質342於裸露的導電金屬薄層32表面形成電極接腳34及接腳墊341，其係利用電鍍增厚銅層方式直接形成增厚銅層3421，且增厚銅層3421為填滿電鍍空間321及延伸空間331形成電極接腳34及接腳墊341，之後進行絕緣隔離層33及導電金屬薄層32之去除處理，便完成整流二極體之製造作業。

該二極體芯片2為垂直狀上下伸出接腳型式的二極體芯片2，二極體芯片2於之底面設置有二個導接凹槽21，其分別為原本出廠時供接腳凸塊連接用之接腳槽211及另外設置之電鍍凹槽212，頂面則設有一個導接凹槽21，頂面之導接凹槽21為接腳槽211，將二極體芯片2放置於基板1上表面，並讓二極體芯片2下表面之接腳槽211及電鍍凹槽212對正連通各貫穿孔11，二極體芯片2之各 接腳槽211及電鍍凹槽212內表面、基板1之各貫穿孔11內表面、基板1底面貫穿孔11周緣表面、上方接腳槽211週緣表面及導接架213之基部2131與末端2133表面由內朝外具有介面金屬層31及導電金屬薄層32，且導接凹槽21與貫穿孔11內導電金屬薄層32之間形成的電鍍空間321以導電介質342成型有電極接腳34，二極體芯片2下方電極接腳34再於基板1下方延伸有伸至貫穿孔11周緣表面所設導電金屬薄層32外表面之接腳墊341，二極體芯片2上方電極接腳34則於二極體芯片2上方延伸有伸至接腳槽211週緣表面所設導電金屬薄層32外表面之接腳墊341。

上述之垂直狀上下伸出接腳型式的二極體芯片2，其於頂面及底面設有二個或二個以上呈雙數接腳槽211，且二極體芯片2底面又設有與頂面接腳槽211呈對應數量之電鍍凹槽212。

此時，因為利用介面金屬層31、導電金屬薄層32、電極接腳34及接腳墊341，便可讓二極體芯片2與基板1形成定位，同時，因為二極體芯片2上方接腳槽211透過電極接腳34及導接架213電性連接至下方電鍍凹槽212之電極接腳34，基板1上設置預設線路時便可與二極體芯片2形成電性連接。

上述本發明之整流二極體結構於實際使用時，為具有下 列各項優點，如：

(一)該二極體芯片2設置於基板1上，並讓導接凹槽21對正連通各貫穿孔11，再依序形成介面金屬層31、導電金屬薄層32及電極接腳34，且電極接腳34位於二極體芯片2各導接凹槽21、基板1各貫穿孔11及基板1下方貫穿孔11周緣表面，便可讓二極體芯片2固定於基板1上，且二極體芯片2又透過介面金屬層31、導電金屬薄層32及導電介質342所形成的電極接腳34來與基板1上之預設線路形成電性連接，便可節省了一般整流二極體出廠後需進行接腳凸塊裝設、焊錫、封膠及底部填充劑填充之封裝固定製程，所以便可節省昂貴的封裝及黃金接腳凸塊費用，進而達到降低生產成本及簡化製程的目的。

(二)該二極體芯片2為設置於基板1上，且透過介面金屬層31、導電金屬薄層32及電極接腳34來與基板1上之預設線路形成電性連接，所以二極體芯片2為抵靠於基板1上表面，便可讓二極體芯片2運作產生之熱能以抵貼面及電極接腳34傳輸到基板1，因為沒有封膠、底部填充劑或接腳凸塊來降低導熱速度，進而可達到提昇散熱效果的目的。

(三)因為二極體芯片2下方不需設置接腳凸塊及底部填充劑，且整體外周緣又不須封膠，所以便可節省了接腳 凸塊、底部填充劑及封膠的高度，進而達到降低產品高度以符合電子產品薄化需求之目的。

(四)該基板1為形成四組之二個貫穿孔11，且於基板1上置放四個水平狀左右伸出接腳型式的二極體芯片2，其四個二極體芯片2為以相鄰二極體芯片2呈正負極相反方向設置，再進行介面金屬層31、導電金屬薄層32及電極接腳34之處理作業，便可直接橋式整流器之製造。

(五)該導電金屬薄層32外表面以導電介質342形成電極接腳34及接腳墊341，其利用電鍍增厚銅層方式形成增厚銅層3421，且填滿電鍍空間321及延伸空間331形成電極接腳34及接腳墊341，此方式製程簡單，且銅材質之電極接腳34及接腳墊341導電效果佳。

(六)該電極接腳34可於電鍍空間321及延伸空間331之導電金屬薄層32外表面形成預定厚度之增厚銅層3421，再於電鍍空間321內之增厚銅層3421之間填設有導電膠層3422，最後再利用電鍍增厚銅層方式於電鍍空間321內與延伸空間331中之增厚銅層3421及導電膠層3422外表面形成表面銅層3423，以成型有電極接腳34及接腳墊341，因為利用材料成本低廉的導電膠層342 2，且填入導電膠層3422又可避免產生氣泡而影響導電效果，進而可在確實導電的效果下降低製造成本。

故，本發明為主要針對整流二極體結構，而可將二極體芯片2放置於基板1上表面，且讓各導接凹槽21對正連通貫穿孔11，二極體芯片2之各導接凹槽21內表面、基板1之各貫穿孔11內表面及基板1底面貫穿孔11周緣表面由內朝外具有介面金屬層31及導電金屬薄層32，且導接凹槽21及貫穿孔11內導電金屬薄層32之間形成的電鍍空間321電鍍增厚銅層方式成型有電極接腳34，電極接腳34再於基板1下方延伸有伸至貫穿孔11周緣表面所設導電金屬薄層32外表面之接腳墊341，以節省接腳凸塊裝設、焊錫、封膠及底部填充劑填充之封裝固定製程，來達到降低生產成本及簡化製程為主要保護重點，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明上述之整流二極體結構於實施、操作時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發，倘若 鈞局貴審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，至感德便。

1‧‧‧基板

11‧‧‧貫穿孔

2‧‧‧二極體芯片

21‧‧‧導接凹槽

211‧‧‧接腳槽

212‧‧‧電鍍凹槽

213‧‧‧導接架

2131‧‧‧基部

2132‧‧‧彎折部

2133‧‧‧末端

3‧‧‧導電部

31‧‧‧介面金屬層

32‧‧‧導電金屬薄層

321‧‧‧電鍍空間

33‧‧‧絕緣隔離層

331‧‧‧延伸空間

34‧‧‧電極接腳

341‧‧‧接腳墊

342‧‧‧導電介質

3421‧‧‧增厚銅層

3422‧‧‧導電膠層

3423‧‧‧表面銅層

A‧‧‧基板

A1‧‧‧線路單元

A2‧‧‧二極管半導體蕊片

A3‧‧‧固著膠

A4‧‧‧導接線路

A5‧‧‧保護蓋層

B‧‧‧芯片

B1‧‧‧接腳凸塊

B2‧‧‧焊錫

B3‧‧‧載板

第一圖 係為本發明較佳實施例基板之側視剖面圖。

第二圖 係為本發明較佳實施例放置二極體芯片之側視剖面圖。

第三圖 係為本發明較佳實施例設置介面金屬層之側視剖面圖。

第四圖 係為本發明較佳實施例設置導電金屬薄層之側視剖面圖。

第五圖 係為本發明較佳實施例設置絕緣隔離層之側視剖面圖。

第六圖 係為本發明較佳實施例增厚銅層形成電極接腳之側視剖面圖。

第七圖 係為本發明較佳實施例去除絕緣隔離層、導電金屬薄層及介面金屬層後之側視剖面圖。

第八圖 係為本發明另一實施例之俯視圖。

第九圖 係為本發明又一實施例之側視剖面圖。

第十圖 係為本發明再一實施例製造流程之側視剖面圖(一)。

第十一圖 係為本發明再一實施例製造流程之側視剖面圖(二)。

第十二圖 係為習用之立體外觀圖。

第十三圖 係為另一習用之側視剖面圖。

1‧‧‧基板

11‧‧‧貫穿孔

2‧‧‧二極體芯片

21‧‧‧導接凹槽

3‧‧‧導電部

31‧‧‧介面金屬層

341‧‧‧接腳墊

32‧‧‧導電金屬薄層

342‧‧‧導電介質

321‧‧‧電鍍空間

3421‧‧‧增厚銅層

34‧‧‧電極接腳

Claims (7)

1. 一種整流二極體結構，其包括基板、二極體芯片及導電部；其中：該基板上下貫穿有二個或二個以上呈雙數之貫穿孔；該二極體芯片為設置於基板上表面，且二極體芯片表面凹設有二個或二個以上呈雙數且對正並連通各貫穿孔之導接凹槽；該導電部為具有位於各導接凹槽內表面、基板之各貫穿孔內表面及基板底面貫穿孔周緣表面之介面金屬層，且介面金屬層外表面再設有導電金屬薄層，導電部並於導接凹槽及貫穿孔內導電金屬薄層之間形成的電鍍空間以導電介質成型有電極接腳，電極接腳再於基板下方延伸有伸至貫穿孔周緣表面所設導電金屬薄層外表面之接腳墊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之整流二極體結構，其中該二極體芯片為水平狀左右伸出接腳之型式，二極體芯片之底面設置有二個導接凹槽，其二導接凹槽皆為出廠時供接腳連接用之接腳槽，二極體芯片下表面設有分別對正連通基板二貫穿孔之二導接凹槽。
3. 如申請專利範圍第2項所述之整流二極體結構，其中該基板為形成四組之二個貫穿孔，再於基板上置放四個二極體芯片，其四個二極體芯片為以相鄰二極體芯片呈正負極相反方向設置，且各二極體芯片之各導接凹槽為對正基板各貫穿孔。
4. 如申請專利範圍第1項所述之整流二極體結構，其中該導電介質形成之電極接腳及接腳墊為利用電鍍增厚銅層方式形成增厚銅層，且增厚銅層填滿電鍍空間及延伸空間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之整流二極體結構，其中該導電介質於電鍍空間及延伸空間之導電金屬薄層外表面利用電鍍增厚銅層方式形成增厚銅層，電鍍空間內的增厚銅層之間填設有導電膠層，電鍍空間內與延伸空間中之增厚銅層及導電膠層外表面再利用電鍍增厚銅層方式形成表面銅層，其增厚銅層、導電膠層及表面銅層成型有電極接腳及接腳墊。
6. 如申請專利範圍第1項所述之整流二極體結構，其中該基板為利用陶瓷、玻璃纖維、聚醯亞銨或酚醛樹脂所製成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之整流二極體結構，其中該各貫穿孔可使用雷射、機械加工或陶瓷生胚預沖孔等方法成型。