CN106960823A - 一种半导体功率器件用金属外壳 - Google Patents

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孟令平
何晟
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Abstract

本发明涉及一种新型功率半导体器件，特别涉及一种半导体功率器件用金属外壳，钢壳体底部有钨铜底板，钨铜底板的一端延伸至钢壳体外，延伸出的部分上开设有通孔，在钢壳体内部，钨铜底板上设置有氧化铍片，氧化铍片上设置有钼片；钢壳体上有三个封接孔，三个封接孔内分别设置引线，引线与封接孔之间通过绝缘子相连接；引线的两端分别为内端和外端，外端位于钢壳体外部、内端位于钢壳体内部，内端为扁平结构，内端的宽度大于封接孔直径；其中一根引线的内端上还有连接孔，连接孔内固定有接线柱，接线柱与钼片连接。本发明增强了外壳性能，适合承载大电流、大功率、高反压的高导热半导体器件封装用。

Description

一种半导体功率器件用金属外壳
技术领域
本发明涉及一种新型功率半导体器件，特别涉及一种半导体功率器件用金属外壳。
背景技术
在模拟电路与数字电路控制开关的技术中，通常采用金属-氧化物半导体场效应晶体管作为电讯号来控制。为了将晶体管的芯片导入到电路***中，需要提供一种特定的封装外壳。
目前功率管理集成电路器件的封装外壳主要的作用：机械支撑、密封保护、电信号连接、信号屏蔽、散热，尤其是在散热、电磁信号屏蔽两个要素上尤为重要。由于承载金属-氧化物半导体场效应晶体管的芯片尺寸小，壳体尺寸小但需内部空间大，且需要具备散热及保证内部电路产生的电磁信号不影响外部电路的作用，目前现有的技术很难做到散热性能好同时兼具屏蔽性能强的封装外壳。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种功率器件用金属外壳，用于晶体管的封装。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种半导体功率器件用金属外壳，包括管座和引线；
所述的管座包括框形的钢壳体，钢壳体底部有钨铜底板，钨铜底板的一端延伸至钢壳体外，延伸出的部分上开设有通孔，在钢壳体内部，所述的钨铜底板上设置有氧化铍片，氧化铍片上设置有钼片；
钢壳体上有三个封接孔，三个封接孔内分别设置引线，引线与封接孔之间通过绝缘子相连接；所述的引线的两端分别为内端和外端，所述的外端位于钢壳体外部、内端位于钢壳体内部，所述的内端为扁平结构，内端的宽度大于封接孔直径；其中一根引线的内端上还有连接孔，连接孔内固定有接线柱，所述的接线柱与钼片连接。
钢壳体的顶部设有封装盖板，封装盖板、钢壳体和钨铜底板形成一个密封腔体。
本发明通过改进现有单一金属材料焊接烧结设计技术，采用10#钢基体结构、钨铜底板、金属引线、陶瓷绝缘子、BeO、Mo片等多种材料制作外壳，解决BeO与金属Mo的焊接和BeO开裂问题，提高产品密封性能。将BeO、Mo片焊接于壳体内，可有效减少微波线路的趋服效应，降低微波的衰减，从而保证芯片良好的信号传递。通过对外壳内部3根圆柱形直引线改进为扁平状结构，便于键合，增大内部空间，增强散热性能。
本发明提供的一种半导体功率器件用金属外壳，产品导电性、散热性、绝缘性、键合强度、抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳、封装密封性能等指标在国内技术水平处于领先地位，且成本比国外低。不仅同时解决了散热及信号屏蔽问题，更增强了外壳性能，适合承载大电流、大功率、高反压、高频、高速、高灵敏度、低噪声的高导热半导体器件封装用。
附图说明
图1是本发明的剖面结构示意图；
图2是本发明的俯视结构示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，一种半导体功率器件用金属外壳，包括管座和引线；
所述的管座包括框形的钢壳体1，钢壳体1底部有钨铜底板2，钨铜底板2的一端延伸至钢壳体1外，延伸出的部分上开设有通孔，在钢壳体1内部，所述的钨铜底板1上设置有氧化铍片3，氧化铍片3上设置有钼片4；
钢壳体1上有三个封接孔，三个封接孔内分别设置引线5，引线5与封接孔之间通过绝缘子6相连接；所述的引线5的两端分别为内端和外端，所述的外端位于钢壳体1外部、内端位于钢壳体1内部，所述的内端为扁平结构，内端的宽度大于封接孔直径；其中一根引线的内端上还有连接孔，连接孔内固定有接线柱7，所述的接线柱7与钼片4连接。
钢壳体1的顶部设有封装盖板，封装盖板、钢壳体1和钨铜底板2形成一个密封腔体。
该一种半导体功率器件用金属外壳采用了多种材料，钢壳体1为10号钢材，引线5为可伐（4J29）包铜引线。能满足新一代功率半导体器件的封装要求，并能适应大规模生产。通过改进引线结构，引线5为打扁引线与接线柱7通过钻孔技术焊接一体，使得内部空间增大，增加热量流通空间及承载芯片的空间，内部采用氧化铍片3与钼片4焊接技术增强产品热传导性及屏蔽性能，钨铜底板2采用无氧铜，提升外壳散热性能；接线柱7采用4J29可伐合金，绝缘子6使用Al2O3陶瓷绝缘子，与引线5焊接满足绝缘电阻、密封性能要求，绝缘电阻：500V DC ，R≥1×10 10Ω；漏气速率：≤1×10-3Pa·cm3/s。
金属壳体制备工艺：
将钢壳体1与钨铜底板2、氧化铍片3、钼片4、绝缘子6、接线柱7、引线5连接采用高温烧结、钎焊连接于一体。为构成密封腔体，使用时要在钢壳体1腔体上方焊接封装盖板，封装盖板与钢壳体1腔体封口方式为平行缝焊。
其中绝缘子6Al2O3陶瓷材料与引线5密封钎焊技术：产品有较绝缘要求和较高密封性能，绝缘电阻：500V DC ，R≥1×10 10Ω；漏气速率：≤1×10-3Pa·cm3/s；用Al2O3陶瓷制作成绝缘子，替代玻璃绝缘子，分别与10#钢基体、可伐包铜引线焊接，以满足绝缘电阻、密封性能。
其中绝缘子6即Al2O3陶瓷绝缘子与钢壳体1的焊接技术：
由于不同材料的膨胀系数差距较大，陶瓷绝缘子不能用常规方法直接与金属的钢壳体1焊接。采取先将绝缘子6与引线5烧结在与之膨胀系数相近的可伐合金材料上，制成过渡用封接件，然后用端磨夹具，对绝缘子引线的端头研磨，使之符合产品尺寸及平整度要求，再将过渡封接件与钢壳体1焊接于一体制成陶瓷绝缘子，解决了引线偏心、绝缘子开裂，内引线尺寸不一致的问题，保证了密封性能。
其中氧化铍片3 与钼片4焊接技术：
BeO具有极佳的热传导性能和绝缘性能，且介电常数低，但是BeO与金属材料焊接后BeO受到应力，极易开裂，从而导致漏气。为有效措施解决BeO 与金属Mo的焊接和BeO开裂问题，在氧化铍片3上下两面金属化后再与钼片4焊接。BeO与金属Mo使用有效保证壳体散热，特别是钼片的使用，保证阻绝外界干扰电波。
其中引线5内端打扁钻孔技术：
该产品壳体内引线为直径1mm的4J29包铜材料，端头要求扁平状，在扁平面钻一小孔，扁平面需与底板平行，先将引线端头打扁后钻孔，再将引线焊接至壳体上，解决壳体内引线端头打孔问题。

Claims (2)

1.一种半导体功率器件用金属外壳，包括管座和引线；其特征在于，所述的管座包括框形的钢壳体，钢壳体底部有钨铜底板，钨铜底板的一端延伸至钢壳体外，延伸出的部分上开设有通孔，在钢壳体内部，所述的钨铜底板上设置有氧化铍片，氧化铍片上设置有钼片；钢壳体上有三个封接孔，三个封接孔内分别设置引线，引线与封接孔之间通过绝缘子相连接；所述的引线的两端分别为内端和外端，所述的外端位于钢壳体外部、内端位于钢壳体内部，所述的内端为扁平结构，内端的宽度大于封接孔直径；其中一根引线的内端上还有连接孔，连接孔内固定有接线柱，所述的接线柱与钼片连接。
2.根据权利要求1所述的一种半导体功率器件用金属外壳，其特征在于，钢壳体的顶部设有封装盖板，封装盖板、钢壳体和钨铜底板形成一个密封腔体。
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