[发明专利]用于TO-252封装的金属陶瓷外壳及制备方法

说明书

本发明公开一种用于TO‑252封装的金属陶瓷外壳及制备方法，所述金属陶瓷外壳包括壳体、底板、盖板、无氧铜压焊区、陶瓷绝缘体、无氧铜引线和陶瓷承托柱，底板和盖板分别封装在壳体的底部和顶部，无氧铜压焊区位于壳体内部，通过陶瓷承托柱焊接在底板上，陶瓷绝缘体镶嵌在壳体上并通过焊接实现密封，陶瓷绝缘体为一整体，陶瓷绝缘体上开有多个引线孔，无氧铜引线一端焊接在无氧铜压焊区，另一端穿过引线孔延伸至壳体外。本发明可以原位替换塑封器件，具有可靠性高、抗恶劣环境性能高、抗机械冲击和热冲击性能好的优点。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体是一种用于TO-252封装的金属陶瓷外壳及制备方法。

背景技术

目前航天、航空、船舶、兵器等领域大量需求TO-252系列的标准尺寸器件产品，要求低电阻、低热阻、耐冲击性能好、可靠性高等特点，为提高整机可靠性提供保障。塑封TO-252器件外壳材料是环氧树脂，自身强度和密封性能较差，在高温潮湿环境下，塑封材料与引线框架结合部容易侵入水汽，造成器件漏电偏大，因此不能用于高可靠器件领域。金属陶瓷外壳器件是采用金属材料为主体，高温共烧Al₂O₃陶瓷为绝缘子，金属与Al₂O₃陶瓷组成的外壳强度和耐高温性能明显高于塑封材料，因此采用金属陶瓷外壳可靠性能大大提高。但因为金属陶瓷外壳和封装结构较复杂，生产流程繁琐、技术难度高；高温共烧Al₂O₃加工难度大、成本较高，目前国内还没有替代塑封TO-252大电流器件的高可靠外壳和封装器件。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种用于TO-252封装的金属陶瓷外壳及制备方法，原位替换塑封器件，具有可靠性高、抗恶劣环境性能高、抗机械冲击和热冲击性能好的优点。

为了解决所述技术问题，本发明首先公开一种用于TO-252封装的金属陶瓷外壳，包括壳体、底板、盖板、无氧铜压焊区、陶瓷绝缘体、无氧铜引线和陶瓷承托柱，底板和盖板分别封装在壳体的底部和顶部，无氧铜压焊区位于壳体内部，通过陶瓷承托柱焊接在底板上，陶瓷绝缘体镶嵌在壳体上并通过焊接实现密封，陶瓷绝缘体为一整体，陶瓷绝缘体上开有多个引线孔，无氧铜引线一端焊接在无氧铜压焊区，另一端穿过引线孔延伸至壳体外。

进一步的，无氧铜压焊区沿壳体横向延伸，可以在有限的空间内尽量增加压焊面积，从而可以在TO-252小尺寸外形限制空间内，设计大电流芯片安装空间和电路引出结构。

进一步的，陶瓷绝缘体为92%Al₂O₃高温共烧陶瓷，具有高阻值、高强度性能。

陶瓷绝缘体、陶瓷承托柱为陶瓷，没有表面焊接润湿性，为了使它们具有表面润湿性（焊料焊接性能），陶瓷绝缘体、陶瓷承托柱上需要焊接密封的部位设有表面金属化层，表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，钨浆层在陶瓷绝缘体制备过程中印刷，镀镍层在陶瓷绝缘体制备成形后进行。

进一步的，镀镍层厚度≥3μm。

本实施例中，壳体材质为可伐合金，底板材质为钨铜，盖板材质为铁镍合金，壳体、底板、盖板、无氧铜压焊区，无氧铜引线的需要焊接的部分均镀镍，镀镍厚度大于或者等于3μm。

壳体采用可伐合金，与陶瓷材料匹配性能良好，并能实现薄壁墙体结构。底板材质为钨铜，采用钨铜底板作为芯片热沉，导热性能好，且与陶瓷材料匹配性能良好。镀镍是因为有些金属材料也不具备焊料润湿性能，通过表面镀镍使其具有焊料润湿性能。

进一步的，外壳金属表面镀有一层金，镀金层厚度≥0.5μm。镀金是外壳制造工艺的最后一个步骤，是为了器件封装芯片焊接和压焊用，并且能够防止表面腐蚀。

一种用于TO-252封装的金属陶瓷外壳的制备方法，包括以下步骤：

S01）、将氮氢气氛保护链式烧结炉升温至银铜焊料的焊接温度，通入氮氢混合气保护气体，预热一段时间；