陶瓷貼片封裝SMCJ、SMDJ系列瞬變電壓抑制二極管生產(chǎn)工藝技術(shù)分析及改進(jìn)

石仙宏

摘 要：本文介紹一種原位替代DO-214AB封裝的陶瓷貼片封裝產(chǎn)品，并進(jìn)行工藝優(yōu)化，找出可靠的、高效的、適合批量生產(chǎn)的工藝路線。

關(guān)鍵詞：DO-214AB 陶瓷貼片 二極管 工藝優(yōu)化

1 前言

國內(nèi)金屬-陶瓷貼片封裝瞬態(tài)電壓抑制二極管還處于起步階段，所使用的表面貼裝器件主要還以塑料封裝為主，但由于塑料封裝因其防濕熱性差，機(jī)械強(qiáng)度、產(chǎn)品可靠性不高，很難滿足高等級產(chǎn)品的要求。隨著整機(jī)質(zhì)量可靠性要求的不斷提高，塑封產(chǎn)品市場需求中的一部分將會不得不轉(zhuǎn)而采用金屬-陶瓷表面貼裝器件替代，因此，金屬-陶瓷表面貼裝器件產(chǎn)品有著良好的市場基礎(chǔ)。

2014年9月29日，中國振華電子集團(tuán)有限公司在貴陽組織召開了新產(chǎn)品鑒定會。會議成立了鑒定委員會，對中國振華集團(tuán)永光電子有限公司研制的陶瓷片式封裝SMCJ、SMDJ系列硅瞬態(tài)電壓抑制二極管產(chǎn)品進(jìn)行了鑒定。鑒定委員會聽取了研制總結(jié)報告，審查了相關(guān)技術(shù)資料，質(zhì)詢了有關(guān)問題，經(jīng)討論形成鑒定，鑒定委員會一致同意該系列產(chǎn)品通過新產(chǎn)品鑒定。

我公司在金屬-陶貼產(chǎn)品市場的研制處于領(lǐng)先水平，SMD-2、SMD-1、SMD-0.5、SMD-0.3、SMD-0.2、SMD-0.1、SOT-23C等多個封裝外形的產(chǎn)品已率先投入市場，經(jīng)用戶使用反應(yīng)情況良好，我廠自主設(shè)計的陶瓷貼片封裝SMCJ、SMDJ系列產(chǎn)品所采用的零件可原位替代DO-214AB塑料封裝外形尺寸，質(zhì)量可靠性比塑料封裝產(chǎn)品更高。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計

當(dāng)瞬態(tài)電壓抑制二極管器件吸收瞬時高能脈沖時，將導(dǎo)致器件結(jié)溫升高，結(jié)上產(chǎn)生的熱量大部分先流入芯片，然后流入焊料和管座，最后流入周圍環(huán)境。。

瞬態(tài)電壓抑制二極管在工作時將產(chǎn)生大量的熱量，產(chǎn)品封裝組件的熱容以及散熱能力的強(qiáng)弱將直接影響產(chǎn)品的抗瞬態(tài)脈沖功率的能力。因此在設(shè)計中必須考慮以下三個問題：

（1）器件產(chǎn)生的熱量吸收；

（2）管芯產(chǎn)生的熱量是否均勻分布；

（3）器件內(nèi)部材料之間的熱匹配。

器件的散熱方式主要為熱傳導(dǎo)，散熱的好壞由熱阻的大小決定。因此，要考慮到熱量傳導(dǎo)途徑上的熱阻大小—即硅片、焊料和管座。針對瞬態(tài)電壓抑制二極管的特點，它的脈沖功率是瞬時的，器件工作時管芯瞬間會產(chǎn)生很大的熱量，熱量必須快速被芯片以外的封裝組件所吸收，這是設(shè)計時必須著重考慮的。針對這一特點，我們做了如下設(shè)計來解決這一問題：

器件焊接組裝時，為了使管芯瞬間產(chǎn)生的熱量能夠快速被吸收，在芯片兩極都焊接鍍鎳銅片（如圖1所示），因為銅片的熱傳導(dǎo)效率高，能快速吸收芯片工作時產(chǎn)生的熱量，而且銅片與硅片的熱匹配也較好，這樣更有利于管芯的熱量傳導(dǎo)熱匹配和熱傳導(dǎo)這兩個問題的協(xié)調(diào)解決，對保證器件的可靠性、大大提高器件的瞬態(tài)脈沖能力將起到至關(guān)重要的作用。

3 工藝技術(shù)難點改進(jìn)

3.1芯片生產(chǎn)技術(shù)的改變

由于我公司生產(chǎn)的陶瓷貼片封裝SMCJ、SMDJ系列產(chǎn)品反向漏電流低，可靠性高的特點，臺面鈍化保護(hù)采用玻璃內(nèi)鈍化技術(shù)，其原理就是在PN結(jié)臺面生長一層玻璃鈍化膜來保護(hù)PN結(jié)免受可動離子的沾污和外界條件對器件性能的影響，以提高產(chǎn)品的電氣性能，穩(wěn)定性及可靠性。臺面鈍化保護(hù)是保證產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵工序，因為硅瞬變電壓抑制二極管的電氣性能，穩(wěn)定性及可靠性于管芯的表面性質(zhì)有著密切的關(guān)系。

光阻法是一種先進(jìn)的GPP芯片工藝，采用三層鈍化保護(hù)（SIPOS/玻璃/LTO）的高可靠的芯片。工藝過程是先在PN結(jié)表面沉積一層SIPOS，再在晶片表面均勻覆蓋一層光阻玻璃（玻璃膠），烘烤、曝光、顯影去掉切割道及焊接面上的玻璃，只在PN結(jié)的表面留下需要鈍化保護(hù)的光阻玻璃，在高溫下將粉狀玻璃燒結(jié)成致密的固態(tài)玻璃體，最后再在玻璃表面沉積一層氧化成（LTO）。

3.2 燒焊工藝改進(jìn)

焊接工序是降低熱阻、減少空洞、提高瞬態(tài)功率的關(guān)鍵工序。燒焊工藝控制的好壞直接關(guān)系到器件的抗浪涌能力，換句話說就是器件所能承受的瞬時脈沖功率。這就要求燒焊時，管芯與銅片之間，銅片與底座之間鍵合牢固，沾潤平整，消除燒焊縫隙，減小空洞，最大限度地保證芯片有效面積，減小熱阻，及時將管芯產(chǎn)生的熱量吸收。使用燒氫爐生產(chǎn)的產(chǎn)品，存在一個問題，即燒焊剪切力和溫度循環(huán)直接的矛盾，燒焊時間較長、溫度偏高的情況下，可以提高剪切力，但會提高溫度循環(huán)的淘汰率，反之，燒焊時間較短、溫度偏低的情況下，溫度循環(huán)很容易，剪切力卻不好，甚至?xí)霈F(xiàn)無殘留的情況。為提高燒焊工藝質(zhì)量，我們使用了德國進(jìn)口的QMT型真空回流焊爐，該設(shè)備具有真空功能，采用熱風(fēng)回流加熱，產(chǎn)品均勻性好，空洞低，燒焊質(zhì)量高。

3.3 箝位測試夾具的改進(jìn)

陶瓷貼片零件的引腳尺寸有限，而功率為3KW的SMDJ系列產(chǎn)品中SMDJ5.0（C）A ～SMDJ10（C）A的箝位測試電流為176.5A～326.1A，在箝位測試時，將產(chǎn)品置于測試夾具中，瞬時電流通過這么小的接觸面，一旦稍有接觸不良，在某些部位形成尖端放電，在產(chǎn)品的引腳上留下不可恢復(fù)的損傷痕跡。目前我公司生產(chǎn)的SMDJ5.0（C）A ～SMDJ10（C）A在箝位測試時因引腳損傷導(dǎo)致的淘汰率有8%～23%，造成很大的成本浪費，據(jù)資料顯示，應(yīng)對這種大電流沖擊一般都使用彈簧針作為接觸介質(zhì)，考慮到產(chǎn)品引腳是鍍金的，因此使用鍍金的彈簧針做箝位測試夾具的接觸材料，是夾具和引腳之間形成良好軟接觸，又能緊密的接觸在一起，避免接觸不良以致打火。

3.4 零件改進(jìn)

全鍍鎳零件在燒焊、壓焊的操作和剪切力、拉力方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢，但成品在外協(xié)電鍍時始終存在一定不可控的風(fēng)險，而且鍍金零件有可以縮短生產(chǎn)周期等優(yōu)點，綜合兩者優(yōu)點，使用一種內(nèi)部鍍鎳、外部鍍金的陶瓷貼片零件是最好的選擇，這樣既保留了鍍鎳零件使用中的優(yōu)點又避免二次電鍍，可以很好的解決目前產(chǎn)品需要二次電鍍的問題。

結(jié)語

陶瓷貼片封裝產(chǎn)品近幾年來增長迅猛，過去幾年每年訂貨翻倍增長，通過對陶瓷貼片封裝瞬變電壓抑制二極管生產(chǎn)中遇到的困難和瓶頸進(jìn)行梳理、分析和改進(jìn)，找出可靠的、高效的、適合批量生產(chǎn)的工藝路線，為保證陶瓷貼片封裝產(chǎn)品的供貨、占據(jù)市場和為公司創(chuàng)造效益打下堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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