CN108987363A - 一种金属封装整流二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种金属封装整流二极管及其制造方法，二极管包括管座，管芯组件，引线柱和管帽；管座和管帽分别形成第一、二电极；管芯组件焊接在管座上，引线柱的一端焊接在管芯组件上，另一端固定连接管帽；引线柱穿过管帽设置，管帽分别与管座和引线柱密封连接；引线柱由多股金属线编织形成，两端设置有用于紧固金属线的金属套。制造方法包括得到上电极片和下电极片，烧结制成管芯组件和烧结封焊。能够满足大于5A电流的使用需求，散热能力强，结构简单，设计巧妙；保证了连接质量和导通特性。该方法保证了管芯组件的烧结质量及其可靠性，确保了零件与焊料的良好粘润，实现将管芯组件与裸铜管座、引线柱、紫铜环的稳定、可靠、快速的直接烧结。
Description
技术领域
本发明涉及半导体元器件制备技术领域，具体为一种金属封装整流二极管及其制造方法。
背景技术
整流二极管是一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件，其应用领域广泛。最大平均整流电流IF作为其重要的常用参数之一能够反映整流二极管的工作性能，其定义为二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流，该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A，其为塑封器件，产品质量等级低、可靠性低。现有技术中由于整流二极管的结构和制作工艺的限制，其IF值均在5A以下，无法满足在一些应用条件下IF要达到5A以上的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种最大平均整流电流大，散热能力强，结构合理，工艺简单的金属封装整流二极管及其制造方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种金属封装整流二极管，包括管座，管芯组件，引线柱和管帽；管座和管帽分别形成第一、二电极；
所述管芯组件焊接在管座上，引线柱的一端焊接在管芯组件上，另一端固定连接管帽；引线柱穿过管帽设置，管帽分别与管座和引线柱密封连接；
所述的引线柱由多股金属线编织形成，两端设置有用于紧固金属线的金属套。
优选的，所述的引线柱与管芯组件焊接的一端外部套设有定位环，定位环与引线柱以及管芯组件焊接为一体。
优选的，所述的管帽上密封连接引线柱的部分设置有陶瓷绝缘子，管帽和管座之间通过封焊结构密封连接。
优选的，所述的管座的自由端设置螺纹连接件形成第一电极，管帽自由端设置有通孔形成第二电极。
优选的，所述的管芯组件包括由管芯焊料依次呈同轴焊接的上电极片、管芯和下电极片；上电极片的面积小于下电极片的面积；上电极片与引线柱焊接，下电极片与管座焊接。
优选的，金属线和金属套均采用紫铜制成。
一种金属封装整流二极管制造方法，包括如下步骤，
步骤一，将上电极基体和下电极基体进行镀镍处理，然后在氢气气氛中，以790～820℃的温度，恒温处理25～35分钟得到上电极片和下电极片；
步骤二，将上电极片，管芯和下电极片，以及管芯焊料装入模具中烧结制成管芯组件；
步骤三，将管芯组件，以及未进行电镀并进行清洁预处理的管座、引线柱和定位环，装入模具中，填装焊料后在380～410℃的温度下进行烧结，最后套入管帽中，并通过与管座的封焊后得到所述的金属封装整流二极管。
进一步，步骤一中镀镍时，喷砂压力为2～4kg，镀镍液配比中次亚磷酸钠的含量不超过8g。
进一步，所述的引线柱由多股金属线编织而成，两端通过金属套将金属线包紧固定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的二极管，通过由多股金属线编织形成的引线柱实现管芯组件与管帽的连接，形成第二电极，增加了电流通路的大电流耐受性和稳定可靠性，能够满足大于5A电流的使用需求，散热能力强，结构简单，设计巧妙；并且为确保多股铜线与管芯组件的烧结粘润质量，将多股铜线两端用金属套包紧呈柱状，保证了连接质量和导通特性。
进一步的，定位环的设置确保管芯组件及引线柱的烧结定位与烧结质量，避免在生产制造过程中的引线柱偏离，提高了产品质量及可靠性。
进一步的，通过分别对管座和管帽的处理，提高了二极管的整体装配特性和连接的稳定性。
本发明所述的方法通过依次不同条件下的焊接、烧结和管帽的封焊实现对整流二极管的结构连接和金属封装；利用对上下电极片的镀镍处理，保证了管芯组件的烧结质量及其可靠性；再与未电镀的管座、引线柱、紫铜环配合使用，通过对零件进行预处理，确保了零件与焊料的良好粘润，实现将管芯组件与裸铜管座、引线柱、紫铜环的稳定、可靠、快速的直接烧结。
附图说明
图1为本发明实施例中所述的金属封装整流二极管的结构示意图。
图2为本发明实施例中所述的定位环的结构俯视图。
图3为本发明实施例中所述的管芯组件的结构俯视图。
图4为本发明实施例中所述的图3的横截面图。
图5为本发明实施例中所述的引线柱的结构示意图。
图中：管座1，管芯组件2，引线柱3，管帽4，封焊结构5，定位环6；管芯焊料21，上电极片22，管芯23，下电极片24；金属线31，金属套32；陶瓷绝缘子41。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种金属封装整流二极管，如图1-图5所示，包括管座1，管芯组件2，引线柱3和管帽4；管座1和管帽4分别形成第一、二电极，所述管芯组件2焊接在管座1上，引线柱3的一端焊接在管芯组件2上，另一端固定连接管帽4；引线柱3穿过管帽4设置，管帽4分别与管座1和引线柱3密封连接；所述的引线柱3由多股金属线31编织形成，两端设置有用于紧固金属线的金属套32。
其中，引线柱3与管芯组件2焊接的一端外部套设有定位环6，定位环6与引线柱3以及管芯组件2焊接为一体。管帽4上密封连接引线柱3的部分设置有陶瓷绝缘子41，管帽4的下端通过封焊结构5与管座1密封连接。管座1的自由端设置螺纹连接件形成第一电极，管帽4自由端设置有通孔形成第二电极。管芯组件2包括由管芯焊料21依次呈同轴焊接的上电极片22、管芯23和下电极片24；上电极片22的面积小于下电极片24的面积；上电极片22与引线柱3焊接，下电极片24与管座1焊接。金属线31和金属套32均采用紫铜制成。
本发明所述的方法包括如下步骤，
步骤一，先将上下电极基体进行镀镍处理：选择合适的喷砂压力2～4kg；镀镍液配比中严格控制次亚磷酸钠的含量，不得超过8g；在上下电极片一次镀镍后进行合金，合金温度790～820℃，恒温时间25～35分钟，通氢气。本优选实例中，喷砂压力采用2.5～3kg，合金温度810℃，恒温时间30分钟；
步骤二，将上电极片22，管芯23和下电极片24，以及管芯焊料21装入模具中烧结制成管芯组件2，对烧好的管芯组件进行测试与检验。
步骤三，将管芯组件2，以及未进行电镀并进行清洁预处理的管座1、引线柱3和定位环6，装入模具中，填装焊料后在380～410℃的温度下进行烧结，最后套入管帽4中进行封焊，并固定管帽4后得到所述的金属封装整流二极管。由对管帽4的封帽后形成封焊结构5。
其中，管座、引线柱、紫铜环未电镀，均为裸铜，为确保焊料的良好粘润，应对零件进行预处理，并将管芯组件与裸铜管座、引线柱、紫铜环直接烧结，经X光透视，裸铜直接与管芯组件烧结的不良粘润度已控制在8％以内，达到国际先进水平。
采用的引线柱为多股铜线，为确保多股铜线与管芯组件的烧结粘润质量，将多股铜线两端用紫铜套包紧。紫铜制成的定位环是用来确保管芯组件及引线柱的烧结定位与烧结质量。
通常使用的二极管多为塑封或玻璃钝化封装二极管，工作电流IF小，IF值均在5A以下，且产品只能通过两端的外引线散热，散热效果差，且无法满足用户对大电流二极管的需求；本发明涉及一种大电流金属封装整流二极管，采用该结构可大大提高产品的工作电流、散热能力、合格率及可靠性，在实际工作中效果显著，已将此操作固化到工艺文件中，并广泛应用于产品的批量生产中；本发明大电流金属封装整流二极管，作为一种新品种、新结构，它在工作电流大、散热能力强等方面有着非常明显的优势，本发明所述的大电流金属封装整流二极管的IF已达到35A～60A，产品具有工作电流大、散热能力强、质量等级高、可靠性水平高等特点。
Claims (9)
1.一种金属封装整流二极管，其特征在于，包括管座(1)，管芯组件(2)，引线柱(3)和管帽(4)；管座(1)和管帽(4)分别形成第一、二电极；
所述管芯组件(2)焊接在管座(1)上，引线柱(3)的一端焊接在管芯组件(2)上，另一端固定连接管帽(4)；引线柱(3)穿过管帽(4)设置，管帽(4)分别与管座(1)和引线柱(3)密封连接；
所述的引线柱(3)由多股金属线(31)编织形成，两端设置有用于紧固金属线的金属套(32)。
2.根据权利要求1所述的一种金属封装整流二极管，其特征在于，所述的引线柱(3)与管芯组件(2)焊接的一端外部套设有定位环(6)，定位环(6)与引线柱(3)以及管芯组件(2)焊接为一体。
3.根据权利要求1所述的一种金属封装整流二极管，其特征在于，所述的管帽(4)上密封连接引线柱(3)的部分设置有陶瓷绝缘子(41)，管帽(4)和管座(1)之间通过封焊结构(5)密封连接。
4.根据权利要求1所述的一种金属封装整流二极管，其特征在于，所述的管座(1)的自由端设置螺纹连接件形成第一电极，管帽(4)自由端设置有通孔形成第二电极。
5.根据权利要求1所述的一种金属封装整流二极管，其特征在于，所述的管芯组件(2)包括由管芯焊料(21)依次呈同轴焊接的上电极片(22)、管芯(23)和下电极片(24)；上电极片(22)的面积小于下电极片(24)的面积；上电极片(22)与引线柱(3)焊接，下电极片(24)与管座(1)焊接。
6.根据权利要求1所述的一种金属封装整流二极管，其特征在于，金属线(31)和金属套(32)均采用紫铜制成。
7.一种金属封装整流二极管制造方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤一，将上电极基体和下电极基体进行镀镍处理，然后在氢气气氛中，以790～820℃的温度，恒温处理25～35分钟得到上电极片(22)和下电极片(24)；
步骤二，将上电极片(22)，管芯(23)和下电极片(24)，以及管芯焊料(21)装入模具中烧结制成管芯组件(2)；
步骤三，将管芯组件(2)，以及未进行电镀并进行清洁预处理的管座(1)、引线柱(3)和定位环(6)，装入模具中，填装焊料后在380～410℃的温度下进行烧结，最后套入管帽(4)中，并通过与管座(1)的封焊后得到所述的金属封装整流二极管。
8.根据权利要求7所述的一种金属封装整流二极管制造方法，其特征在于，步骤一中镀镍时，喷砂压力为2～4kg，镀镍液配比中次亚磷酸钠的含量不超过8g。
9.根据权利要求7所述的一种金属封装整流二极管制造方法，其特征在于，所述的引线柱(3)由多股金属线(31)编织而成，两端通过金属套(32)将金属线(31)包紧固定。
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