專(zhuān)利名稱(chēng)：功率器件的氣密封裝件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是制造高氣密、大功率半導(dǎo)體器件所需的封裝件。
現(xiàn)行半導(dǎo)體器件封裝件如圖1所示?；?2用平板制成。管帽11為平沿或帽沿下方有突筋。其缺點(diǎn)是①封接時(shí)管帽11與基板12不能自行定位。管帽易偏離圓心。②基板12表面為平面，封接時(shí)電流密度小、熱阻小，不易達(dá)到焊接時(shí)所需的溫度。③管帽11與基板12的封接面不是理想的平面，封接時(shí)封接面不易密合而漏氣。④兩絕緣子14和16大小相同，電極不易辨認(rèn)。⑤在大功率器件中絕緣子14和16的大小決定了芯片橫向傳熱的截面積，也影響器件的耗散功率。
為了克服上述現(xiàn)行技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明旨在封裝件上提高氣密性，增大耗散功率。本發(fā)明設(shè)計(jì)為在基板的上平面對(duì)應(yīng)帽沿處開(kāi)出一凹環(huán)中帶有凸起的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為凹凸環(huán)，與無(wú)突筋管帽相配封接，形成單環(huán)封接。如圖7所示。或在基板22對(duì)應(yīng)于管帽21突筋處開(kāi)出凹環(huán)與帶突筋管帽相封接。如圖2所示。由此①管帽與基板封接可自行定位。②封接處電流密度大、熱阻大、溫升高，易于焊接達(dá)到密合。③由于凹環(huán)有一定的深度，突筋有其高度，因而即使是相應(yīng)于原封接面不在同一平面的情況，或兩封接面不是平面，又不互補(bǔ)的情況，以及突筋與凹環(huán)直徑稍有失配或其曲率稍有不均的情況，在突筋向凹環(huán)內(nèi)推進(jìn)時(shí)都能達(dá)到密合。④引出線絕緣子24直徑小于絕緣子26直徑，易于辨認(rèn)電極。⑤由于絕緣子24直徑的減小，在大功率器件中比現(xiàn)行技術(shù)擴(kuò)展了芯片橫向傳熱的截面積，提高了器件的耗散功率。⑥引出線23的內(nèi)在部分加粗而外露部分仍與25相同按原規(guī)格，這樣既保持了與接插件的互配性，又增大了電流的傳導(dǎo)能力。
凹環(huán)截面的形狀可以是直口、斜口、正梯形、倒梯形，沿口可以倒鈍或不鈍。如圖3(a)所示。凹環(huán)可以是單環(huán)，也可以是雙環(huán)，沿口可以倒鈍或不鈍，如圖3(b)所示。
突筋與凹環(huán)封接的相對(duì)位置可以作成突筋與凹環(huán)的外沿封接，如圖2所示。平沿管帽與凹凸環(huán)封接如圖7所示，形成單環(huán)封接。也可以作成突筋與凹環(huán)的外沿，與凹環(huán)底部雙環(huán)封接，如圖4所示。也可作成突筋兩側(cè)與凹環(huán)的內(nèi)外沿、突筋的頂部與凹環(huán)底部三環(huán)封接，如圖5所示。突筋也可封接在雙凹環(huán)的中間，或單凹環(huán)的外部，形成單環(huán)封接。如圖3(b)所示。
在基板上形成凸環(huán)有兩種方式，如圖6(a)圖6(b)所示。管帽與管基形成單環(huán)封接，同樣能起到高氣密封接的效果。
圖2是一個(gè)實(shí)施例。在基板22上燒結(jié)BeO瓷片27，瓷片上面的凹坑靠近引出線23放置，引出線23上面焊有內(nèi)引線金屬薄片，薄片的另一端焊接到瓷片的凹坑內(nèi)，這一過(guò)程可以同時(shí)進(jìn)行。也可以先將基板，帶有內(nèi)引線金屬薄片的引出線，玻珠先制成管基，然后利用內(nèi)引線薄片將BeO瓷片定位。并同時(shí)放入焊料、管芯一爐燒成。俗稱(chēng)“一爐燒”。本實(shí)施例是發(fā)射極接管基，引出線23是集電極，25是基極，24、26稱(chēng)為玻珠。對(duì)于F2型的管基，23的內(nèi)在部分直徑由原來(lái)的1mm加粗到2.5mm，最大允許集電極電流則由原來(lái)的10A增大到60A。由于內(nèi)部高壓帶電面積很小，管帽的高度可由原來(lái)的6－8mm減小到3－4mm，這樣輸出端23到輸入端25的反饋電容進(jìn)一步減小。對(duì)于高反壓晶體管，普通F型的兩絕緣子直徑均為5mm才能耐壓1500伏，在本實(shí)施例中，由于發(fā)射極與基極之間的耐壓只有20伏左右，所以基極絕緣子25的直徑可以減小到3mm，這就使橫向傳熱截面的寬度增加了2mm，提高了器件的耗散功率。
圖8是用薄板制作的管基，板厚1.2mm，絕緣套筒是用薄板自身翻邊牽引制成的。集電極與基極套筒一粗一細(xì)，一高一低。由于絕緣導(dǎo)熱片87的存在，可以滿(mǎn)足耗散功率的要求。圖中83為集電極引出線，85為基極引出線，82為基板接發(fā)射極，88為內(nèi)引線。
圖9是第三個(gè)實(shí)施例。92為3mm厚鋼板制成的管基，99是嵌銅塊。管帽與基板采用凹環(huán)外沿單環(huán)封接。
圖10是第四個(gè)實(shí)施例?；?02是涂敷有銅、鎳的鋁合金板制成的管基。管帽突筋中間有凹環(huán)，管帽與管基采用凹環(huán)并壓饋尖角法封接以達(dá)氣密。鋁合金的管基的耗散功率大于鋼管基。
圖11是第五個(gè)實(shí)施例。1.5mm厚的可伐或鐵板材料管基改用0.5mm厚的可伐或鐵板材料，再燒結(jié)上1mm厚的銅材料。為保持氣密性，用可伐管基自身翻邊制成絕緣套筒與密封玻璃相配合。兩套筒也可起到燒結(jié)銅時(shí)的定位作用。由于銅的導(dǎo)熱系數(shù)高于可伐材料的導(dǎo)熱系數(shù)。這樣，B3型功率管的耗散功率可由1W提高到3W。
2－3mm厚鋼管基封帽嚴(yán)重漏氣，是這一系列產(chǎn)品推不開(kāi)的主要原因。使用國(guó)產(chǎn)封帽機(jī)封接用國(guó)產(chǎn)2－3mm厚鋼板制作的本發(fā)明的管基的氣密性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了使用進(jìn)口自動(dòng)找平封帽機(jī)封接2－3mm厚鋼管基的水平，而達(dá)到了軍用標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，為以鋼代銅，高氣密封裝，提高晶體管壽命提供了技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1——現(xiàn)行封裝件剖面圖，集電極接管基圖2——本發(fā)明實(shí)施例1，發(fā)射極接管基，單環(huán)封裝。
圖3(a)——凹環(huán)斷面圖，圖3(b)單凹環(huán)，雙凹環(huán)示意圖。
圖4——雙環(huán)封接示意圖圖5——三環(huán)封接示意圖圖6——帶凸環(huán)的管基圖7——帶凹凸環(huán)的管基圖8——本發(fā)明實(shí)施例2，發(fā)射極接管基圖9——本發(fā)明實(shí)施例3，集電極接管基圖10——本發(fā)明實(shí)施例4，集電極接管基圖11——本發(fā)明實(shí)施例5，B3型管殼。
權(quán)利要求1.功率器件的氣密封裝件屬半導(dǎo)體分離器件，是由管基和管帽組成，管基由基板、引出線、絕緣子組成，管帽帽沿帶有突筋或平沿，其特征在于[a]基板的上平面對(duì)應(yīng)于管帽突筋處開(kāi)出凹形圓環(huán)或凹凸環(huán)與突筋或平沿相密合，[b]基板上大電流引線孔截面積約是小電流引線孔的1-4倍，[c]基板上大電流引出線內(nèi)在部分截面積是小電流引出線內(nèi)在部分的1-6倍，而外露部分的截面積相等，[d]大電流引出線是由兩種或兩種以上材料復(fù)合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其特征在于管帽與凹環(huán)的封接可以是單環(huán)、雙環(huán)、或是三環(huán)封接。
專(zhuān)利摘要功率器件的氣密封裝件，即提高功率器件的氣密性和耗散功率屬于半導(dǎo)體分離器件。利用管帽突筋與管基凹環(huán)的配合，使封接電流密度大、熱阻大、溫升高，達(dá)到氣密封接。利用減小引線絕緣子的直徑、或帖銅方法提高器件的耗散功率。利用加粗集電極引出線的內(nèi)在部分提高集電極的最大允許電流。本發(fā)明解決了原鋼板管基與管帽封接嚴(yán)重的漏氣問(wèn)題。有助于提高功率。
文檔編號(hào)H01L23/02GK2081577SQ9021389
公開(kāi)日1991年7月24日 申請(qǐng)日期1990年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月4日
發(fā)明者苗慶海, 張興華, 李如堯, 王家儉, 張德駿, 任中早 申請(qǐng)人:山東大學(xué)