CN104157581B - 一种功率二极管二次封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率二极管二次封装方法，首先对任两个功率二极管做型，并将做型后的两个功率二极管串联焊接成功率二极管组；将功率二极管组、灌封管壳和灌封定位工装三者装载定位获得灌封组件；灌封组件预热；灌封材料配料；利用掺杂硅微粉的多组分环氧树脂将两只功率二极管串联集成灌封于标准管壳中，同时采用特定温度曲线的灌封固化方法，使得二极管管芯到二次封装壳体热阻小于0.9℃/W，二次封装后的功率二极管体积小，重量轻，结构尺寸为标准尺寸，便于安装。

Description

一种功率二极管二次封装方法
技术领域
本发明涉及一种功率二极管二次封装方法，该功率二极管在微波固态放大器电源中起到降压变换的作用。
背景技术
微波固态放大器具有效率高、重量轻和成本低等优点，广泛应用于转发器分***中，其主要功能为将用户链路下行信号进行功率放大，同时可以进行射频通道的幅度和相位调整，送入后级天线分***。为实现微波固态放大器中射频链路正常工作，微波固态放大器电源对变化功率要求达到上百瓦，该电源须采用电子功率调节器(EPC)对卫星的一次母线进行降压变换，来满足射频链路所需电压电流要求。为将卫星母线电压变换成射频链路所需求的电压，通常采用如图1所示的BUCK拓扑进行预稳压，图中功率二极管D，在此功率变换拓扑中主要作用为功率电感L续流。
在星载应用中，由于可选择器件局限性，在一次母线电压为100V的卫星平台应用中，通常采用两只型号为1N5811的功率二极管串联组合成图1中的功率二极管D使用。由于该功率二极管只能在印制电路板上直接安装，在BUCK电路需求处理上百瓦功率时，其自身热耗无法通过印制电路板进行良好的散热，制约其应用范围。
发明内容
为解决在大功率应用场合的串联功率二极管的散热问题，本发明提出了一种功率二极管二次封装方法，使得功率二极管管芯到二次封装壳体热阻小于0.9℃/W；采用本发明进行二次封装的大功率二极管能直接安装于设备机壳上，具备优良的散热途径，能进行良好散热，具备处理上百瓦功率输出电源能力。
本发明包括如下技术方案：
一种功率二极管二次封装方法，包括如下步骤：
第一步、对任两个功率二极管进行做型，并将做型后的两个功率二极管串联焊接成功率二极管组；
将一只功率二极管的正极端引脚与另一只功率二极管的负极端引脚进行90度的弯曲成型，对弯曲成型后的引脚在离90度弯处附近位置进行剪切；
在灌封定位工装上形成至少一个用于容纳灌封壳体的卡槽，至少一对功率二极管未做型引脚端定位孔和至少一对定位固定螺纹孔；在每个卡槽上形成灌封壳体固定螺纹孔；将两功率二极管未做型引脚端伸入所述定位孔中，将第一种定位螺丝装入定位固定螺纹孔，对两功率二极管高度和方向进行调节使剪切后的引脚平行靠紧，然后将第一种定位螺丝紧固，完成对两功率二极管的定位；然后对平行靠紧的引脚进行串联焊接，获得功率二极管组；
第二步、将功率二极管组、灌封管壳和灌封定位工装三者装载定位获得灌封组件；
在灌封壳体上形成用于容纳功率二极管的腔体和灌封壳体固定孔，将灌封壳体卡入卡槽之内，在卡槽内移动灌封壳体，使灌封壳体固定孔位置与灌封壳体固定螺纹孔对齐，采用第二种固定螺丝将灌封壳体固定在灌封定位工装上；将功率二极管组未做型的两引脚***功率二极管未做型引脚端定位孔中，上下调节功率二极管在灌封壳体中的位置，使得功率二极管组本体距离灌封壳体的腔体表面均留有1.5mm以上的空隙，同时功率二极管组本体全置于灌封壳体灌封腔内，将第一种定位螺丝装入定位固定螺纹孔实现对功率二极管组的固定；
第三步、灌封组件预热；
将安装有功率二极管组和封装壳体的灌封定位工装放入温箱，升温到65℃保持4～5个小时，然后继续升温到85℃保持6～7小时，最后降温到75℃保持7.5～8.5个小时；
第四步、灌封材料配料；
将800目或1000目的超细硅微粉加入干燥罐内，在气压为100～130Pa，温度为105～115℃条件下，真空去潮24～28小时；将配方树脂A组分料在70～75℃下预热保持1～1.5小时，使其粘度降低；将配方树脂B组分料在50～55℃保持1～1.5小时；混料罐的真空度保持190～240Pa，按照配方树脂A组分料和配方树脂B组分料质量比为2.5:1的比例要求，先将B组分料倒入混料罐内，再倒入A组分料，混合搅拌1～1.5小时；混料均匀后，将混料罐恢复到常压，打开混料罐的加料口，依照超细硅微粉、A组分料和B组分料质量比为0.1:2.5:1的量加入超细硅微粉，再次将混料罐抽真空至190～240Pa，进行真空混料和脱气2～3小时；
第五步、灌封固化；
将灌封组件放入真空罐内，真空罐抽真空，气压保持在100～130Pa间，并加热到70～75℃，保持1～1.5小时，然后将灌封材料灌入封装壳体之中，保持灌封材料液面与封装壳体开口端面齐平；灌封完成后，真空罐气压保持为100～130Pa，将温度升温到80～85℃，在此条件下保持2～2.5小时；然后将压力回复到常压，将温度升温到100～105℃，保持5～6小时，然后升温到120～125℃，保持28～32小时后，回到常温，完成功率二极管的二次封装。
配方树脂A组分料由E-51与NPEL-128E两种环氧树脂按照1：1.8的质量比进行混合和脱气处理而成。
配方树脂B组分料由邻苯二甲酸酐、聚壬酸酐和液体羧基丁腈橡胶按照60：36：4的质量比进行混合和脱气处理而成。
所述功率二极管为1N5811轴向功率二极管。
在灌封定位工装的上端面上形成功率二极管未做型引脚端定位孔，在与所述上端面垂直的侧面上形成定位固定螺纹孔，在灌封定位工装的上端面下方的侧面形成卡槽。
在灌封定位工装上形成10个卡槽，10个灌封管壳固定螺纹孔，10对功率二极管未做型引脚端定位孔和10对定位固定螺纹孔。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明通过缜密的工艺制作流程，利用掺杂硅微粉的多组分环氧树脂将两只功率二极管串联集成灌封于标准管壳中，同时采用特定温度曲线的灌封固化方法，使得功率二极管管芯到二次封装壳体热阻小于0.9℃/W，二次封装后的功率二极管体积小，重量轻，结构尺寸为标准尺寸，便于安装。采用本发明进行二次封装的功率二极管能直接安装于设备机壳上，具备优良的散热途径，能进行良好散热，具备处理上百瓦功率输出电源能力。
附图说明
图1为BUCK电路原理图；
图2为本发明二次封装方法流程图；
图3为轴向功率二极管示意图；
图4为做型后功率二极管示意图；
图5为灌封定位工装示意图；
图6为采用灌封定位工装对两功率二极管串联焊接示意图；
图7两功率二极管串联焊接完成后的功率二极管组效果图；
图8为功率二极管组、灌封管壳和灌封定位工装三者装载定位示意图；
图9为功率二极管二次封装完成后外形图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
如图2所示，本发明的功率二极管的二次封装方法包括如下步骤：
步骤1：单个功率二极管做型，两个功率二极管串联焊接成功率二极管组。
轴向功率二极管如图3所示，分别将一只功率二极管的正极端引脚与另一只功率二极管的负极端引脚距离功率二极管本体1.5mm位置进行90度的弯曲成型，弯曲半径为2mm。弯曲成型步骤完成后对弯曲成型引脚进行剪除操作，具体操作将成型后的引脚在离90度弯处3mm位置进行剪切，使功率二极管弯曲成型端的引脚变短，以便后续串联焊接工序的串联焊接。两功率二极管弯曲成型后的示意图如图4所示。
弯曲成型后的两功率二极管在灌封定位工装上进行串联焊接。
如图5所示，在灌封定位工装上形成至少一个用于容纳灌封壳体10的卡槽6，至少一对功率二极管未做型引脚端定位孔1和至少一对定位固定螺纹孔2；在每个卡槽6上形成灌封壳体固定螺纹孔3。
将两功率二极管未做型引脚端伸入灌封定位工装定位孔1中，采用规格为M2.5×8的定位螺丝装入定位固定螺纹孔2，对功率二极管高度和方向进行调节后，使两功率二极管弯曲做型端引脚90度弯曲后的3mm引脚部分平行靠紧后，螺丝紧固，完成对两功率二极管的定位。定位完成后对功率二极管进行串联焊接，要求将两功率二极管弯曲做型端3mm平行靠紧引脚部分进行有效焊接。采用灌封定位工装对两功率二极管串联焊接示意图如图6所示，两功率二极管串联焊接完成后的功率二极管组效果图如图7所示。
步骤2：功率二极管组、灌封管壳和灌封定位工装三者装载定位。
在灌封壳体10上形成用于容纳功率二极管的腔体12和灌封壳体固定孔11，将灌封壳体10卡入卡槽6之内，在卡槽内6移动灌封壳体，使灌封壳体固定孔11位置与如图5灌封定位工装的灌封壳体固定螺纹孔3对齐，采用规格为M3×10的固定螺丝将灌封壳体10固定在灌封定位工装上；将功率二极管组未做型的两引脚***如图5灌封定位工装功率二极管未做型引脚端定位孔1中，上下调节功率二极管在灌封壳体中的位置，使得功率二极管组距离灌封壳体内表面均留有1.5mm以上的空隙，同时功率二极管组本体全置于灌封壳体灌封腔内，采用规格为M2.5×8的定位螺丝装入定位固定螺纹孔2紧固固定功率二极管组，功率二极管组、灌封管壳和灌封定位工装三者装载定位获得灌封组件，如图8所示。
步骤3：灌封组件预热。
将安装有功率二极管组和封装壳体的灌封定位工装放入温箱，升温到65℃保持4～5小时，然后继续升温到85℃保持6～7小时，在降温到75℃保持7.5～8.5小时，按照此温度梯度进行预热能有效保护功率二极管组与各结构之间的膨胀变化速率，保证功率二极管组在灌封过程中性能不发生变化，预热完成后等待灌封。
步骤4：灌封材料配料。
将超细硅微粉800目或1000目加入干燥罐内，在气压为100～130Pa，温度为105～115℃条件下，真空去潮24～28小时。将配方树脂A组分料在70～75℃下预热保持1～1.5小时，使其粘度降低，将配方树脂B组分料在50～55℃保持1～1.5小时。按照A组分料和B组分料质量比为2.5:1的比例要求，真空度保持190～240Pa，先将B组分料倒入混料罐内，再倒入A组分料，混合搅拌1～1.5小时。混料均匀后，将设备的混料罐恢复到常压，打开混料罐的加料口，加入超细硅微粉，加入量依照超细硅微粉、A组分料和B组分料质量比为0.1:2.5:1的量加入，再次抽真空度至190～240Pa，进行真空混料和脱气2～3小时。配方树脂A组分料由E-51与NPEL-128E两种环氧树脂按照1：1.8的质量比进行混合和脱气处理而成；配方树脂B组分料由邻苯二甲酸酐、聚壬酸酐和液体羧基丁腈橡胶按照60：36：4的质量比进行混合和脱气处理而成。
以上工艺方法及参数的优点为：配方树脂A组分料和B组分料预热，可降低各自的粘度和排出水汽，能让A组分和B组分料两者充分混合；超细硅微粉热导率高，添加超细硅微粉是保证二极管管芯到二次封装壳体热阻小于0.9℃/W的关键；同时超细硅微粉为多孔结构，添加超细硅微粉能将混合后的A组分和B组分料中的水汽进一步的吸附后在真空罐中排出，保证灌封材料较高的电场绝缘强度；超细硅微粉、A组分料和B组分料混合后选择特定的真空度进行抽真空，是为了既排除混合材料内的水汽，又保证混合材料内的小分子不被气化而抽出。
步骤5：灌封固化。
将灌封组件放入真空罐内，真空罐抽真空，气压保持为100～130Pa，加热到70～75℃保持1～1.5小时，在此条件下将灌封材料灌入封装壳体之中，灌封完成后保持灌封材料液面与封装壳体开口端面齐平。灌封完成后，真空罐气压保持为100～130Pa，将温度升温到80～85℃，在此条件下保持2～2.5小时，然后将压力回复到常压，将温度升温到100～105℃，保持5～6小时，然后升温到120～125℃，保持28～32小时后，回到常温，完成二次封装，二次封装后的功率二极管外形图如图9所示。在真空条件下保持2-2.5小时，可以使树脂材料与被灌封器件充分浸润，使用以上固化温度曲线，可以有效缓解在固化过程中产生的内应力，保证器件不因内应力产生损伤。
优选地，在灌封定位工装的上端面5上形成功率二极管未做型引脚端定位孔1，在与所述上端面5垂直的侧面上形成定位固定螺纹孔2，在灌封定位工装的上端面下方的侧面形成卡槽6。本发明的灌封定位工装可以同时完成10对功率二极管组的二次封装，相应地要在灌封定位工装上形成10个卡槽6，10个灌封管壳固定螺纹孔3，10对功率二极管未做型引脚端定位孔1和10对定位固定螺纹孔2
本发明方法可以用来封装1N5811轴向功率二极管以及其它功率二极管。
E-51环氧树脂：为高粘度双酚A型环氧树脂，其相对分子质量小于6000，软化点位60-85℃，可以采用无锡树脂厂生产的产品。
NPEL-128E环氧树脂：为低粘度双酚A型环氧树脂，可以采用南亚电子材料有限公司环氧树脂厂生产的产品。
实施例
该实施例中的功率二极管为1N5811轴向功率二极管
步骤1：单个功率二极管做型，两个功率二极管串联焊接成功率二极管组。
将一只功率二极管的正极端引脚与另一只功率二极管的负极端引脚距离功率二极管本体1.5mm位置进行90度的弯曲成型，弯曲半径为2mm。弯曲成型步骤完成后对弯曲成型引脚进行剪除操作，具体操作将成型后的引脚在离90度弯处3mm位置进行剪切，使功率二极管弯曲成型端的引脚变短，以便后续串联焊接工序的串联焊接。
将两功率二极管未做型引脚端伸入灌封定位工装定位孔1中，采用规格为M2.5×8的定位螺丝装入定位固定螺纹孔2，对功率二极管高度和方向进行调节后，使两功率二极管弯曲做型端引脚90度弯曲后的3mm引脚部分平行靠紧后，螺丝紧固，完成对两功率二极管的定位。定位完成后对功率二极管进行串联焊接，要求将两功率二极管弯曲做型端3mm平行靠紧引脚部分进行有效焊接。采用灌封定位工装对两功率二极管串联焊接示意图如图6所示，两功率二极管串联焊接完成后的功率二极管组效果图如图7所示。
步骤2：功率二极管组、灌封管壳和灌封定位工装三者装载定位。
在灌封壳体10上形成用于容纳功率二极管的腔体12和灌封壳体固定孔11，将灌封壳体10卡入卡槽6之内，在卡槽内6移动灌封壳体，使灌封壳体固定孔11位置与如图5灌封定位工装的灌封壳体固定螺纹孔3对齐，采用规格为M3×10的固定螺丝将灌封壳体10固定在灌封定位工装上；将功率二极管组未做型的两引脚***如图5灌封定位工装功率二极管未做型引脚端定位孔1中，上下调节功率二极管在灌封壳体中的位置，使得功率二极管组距离灌封壳体内表面均留有1.5mm以上的空隙，同时功率二极管组本体全置于灌封壳体灌封腔内，采用规格为M2.5×8的定位螺丝装入定位固定螺纹孔2紧固固定功率二极管组，功率二极管组、灌封管壳和灌封定位工装三者装载定位获得灌封组件，如图8所示。
步骤3：灌封组件预热。
将对位安装好有功率二极管组和封装壳体的工装放入温箱，升温到65℃保持4.5个小时，然后继续升温到85℃保持6个小时，在降温到75℃保持8个小时，按照此温度梯度进行预热能有效保护功率二极管组与各结构之间的膨胀变化速率，保证功率二极管组在灌封过程中性能不发生变化，预热完成后等待灌封。
步骤4：灌封材料配料。
将超细硅微粉颗粒度是800目加入干燥罐内，在气压为130Pa，温度为110℃条件下，真空去潮24小时。将配方树脂A组分料在70℃下预热保持1小时，使其粘度降低，将配方树脂B组分料在50℃保持1小时。按照A组分料和B组分料质量比为2.5:1的比例要求，真空度保持240Pa，先将B组分料倒入混料罐内，再倒入A组分料，混合搅拌1小时。混料均匀后，将设备的混料罐恢复到常压，打开混料罐的加料口，加入超细硅微粉，加入量依照超细硅微粉、A组分料和B组分料质量比为0.1:2.5:1的量加入，再次抽真空度至240Pa，进行真空混料和脱气2小时。
步骤5：灌封固化。
将灌封组件放入真空罐内，真空罐抽真空，将真空罐气压保持为130Pa，加热到75℃保持1小时，在此条件下将灌封材料灌入封装壳体之中，灌封完成后保持灌封材料液面与封装壳体开口端面齐平。灌封完成后，真空罐气压保持为130Pa，将温度升温到85℃，在此条件下保持2小时，再次升温到100℃，保持5小时，然后升温到125℃，保持28小时后，回常温，完成二次封装。
按照此实例要求进行二次封装的能保证二极管管芯到二次封装壳体热阻在0.8到0.85℃/W之间。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种功率二极管二次封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、对任两个功率二极管进行做型，并将做型后的两个功率二极管串联焊接成功率二极管组；
将一只功率二极管的正极端引脚与另一只功率二极管的负极端引脚进行90度的弯曲成型，对弯曲成型后的引脚在离90度弯处附近位置进行剪切；
在灌封定位工装上形成至少一个用于容纳灌封壳体(10)的卡槽(6)，至少一对功率二极管未做型引脚端定位孔(1)和至少一对定位固定螺纹孔(2)；在每个卡槽(6)上形成灌封壳体固定螺纹孔(3)；将两功率二极管未做型引脚端伸入所述定位孔(1)中，将第一种定位螺丝装入定位固定螺纹孔(2)，对两功率二极管高度和方向进行调节使剪切后的引脚平行靠紧，然后将第一种定位螺丝紧固，完成对两功率二极管的定位；然后对平行靠紧的引脚进行串联焊接，获得功率二极管组；
第二步、将功率二极管组、灌封管壳和灌封定位工装三者装载定位获得灌封组件；
在灌封壳体(10)上形成用于容纳功率二极管的腔体(12)和灌封壳体固定孔(11)，将灌封壳体(10)卡入卡槽(6)之内，在卡槽内(6)移动灌封壳体，使灌封壳体固定孔(11)位置与灌封壳体固定螺纹孔(3)对齐，采用第二种固定螺丝将灌封壳体(10)固定在灌封定位工装上；将功率二极管组未做型的两引脚***功率二极管未做型引脚端定位孔(1)中，上下调节功率二极管在灌封壳体(10)中的位置，使得功率二极管组本体距离灌封壳体的腔体表面均留有1.5mm以上的空隙，同时功率二极管组本体全置于灌封壳体灌封腔内，将第一种定位螺丝装入定位固定螺纹孔(2)实现对功率二极管组的固定；
第三步、灌封组件预热；
将安装有功率二极管组和封装壳体的灌封定位工装放入温箱，升温到65℃保持4～5个小时，然后继续升温到85℃保持6～7小时，最后降温到75℃保持7.5～8.5个小时；
第四步、灌封材料配料；
将800目或1000目的超细硅微粉加入干燥罐内，在气压为100～130Pa，温度为105～115℃条件下，真空去潮24～28小时；将配方树脂A组分料在70～75℃下预热保持1～1.5小时，使其粘度降低；将配方树脂B组分料在50～55℃保持1～1.5小时；混料罐的真空度保持190～240Pa，按照配方树脂A组分料和配方树脂B组分料质量比为2.5:1的比例要求，先将B组分料倒入混料罐内，再倒入A组分料，混合搅拌1～1.5小时；混料均匀后，将混料罐恢复到常压，打开混料罐的加料口，依照超细硅微粉、A组分料和B组分料质量比为0.1:2.5:1的量加入超细硅微粉，再次将混料罐抽真空至190～240Pa，进行真空混料和脱气2～3小时；
第五步、灌封固化；
将灌封组件放入真空罐内，真空罐抽真空，气压保持在100～130Pa间，并加热到70～75℃，保持1～1.5小时，然后将灌封材料灌入封装壳体之中，保持灌封材料液面与封装壳体开口端面齐平；灌封完成后，真空罐气压保持为100～130Pa，将温度升温到80～85℃，在此条件下保持2～2.5小时；然后将压力回复到常压，将温度升温到100～105℃，保持5～6小时，然后升温到120～125℃，保持28～32小时后，回到常温，完成功率二极管的二次封装。
2.根据权利要求1所述的一种功率二极管二次封装方法，其特征在于：配方树脂A组分料由E-51与NPEL-128E两种环氧树脂按照1：1.8的质量比进行混合和脱气处理而成。
3.根据权利要求1所述的一种功率二极管二次封装方法，其特征在于：配方树脂B组分料由邻苯二甲酸酐、聚壬酸酐和液体羧基丁腈橡胶按照60：36：4的质量比进行混合和脱气处理而成。
4.根据权利要求1所述的一种功率二极管二次封装方法，其特征在于：所述功率二极管为1N5811轴向功率二极管。
5.根据权利要求1所述的一种功率二极管二次封装方法，其特征在于：在灌封定位工装的上端面(5)上形成功率二极管未做型引脚端定位孔(1)，在与所述上端面(5)垂直的侧面上形成定位固定螺纹孔(2)，在灌封定位工装的上端面下方的侧面形成卡槽(6)。
6.根据权利要求1所述的一种功率二极管二次封装方法，其特征在于：在灌封定位工装上形成10个卡槽(6)，10个灌封管壳固定螺纹孔(3)，10对功率二极管未做型引脚端定位孔(1)和10对定位固定螺纹孔(2)。
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