陶瓷貼片封裝SMCJ、SMDJ系列瞬變電壓抑制二極管生產工藝技術分析及改進

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品，并進行工藝優化，找出可靠的、高效的、適合批量生產的工藝路線。

關鍵詞：DO-214AB 陶瓷貼片 二極管 工藝優化

1 前言

國內金屬-陶瓷貼片封裝瞬態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，機械強度、產品可靠性不高，很難滿足高等級產品的要求。隨著整機質量可靠性要求的不斷提高，塑封產品市場需求中的一部分將會不得不轉而采用金屬-陶瓷表面貼裝器件替代，因此，金屬-陶瓷表面貼裝器件產品有著良好的市場基礎。

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

我公司在金屬-陶貼產品市場的研制處于領先水平，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品已率先投入市場，經用戶使用反應情況良好，我廠自主設計的陶瓷貼片封裝SMCJ、SMDJ系列產品所采用的零件可原位替代DO-214AB塑料封裝外形尺寸，質量可靠性比塑料封裝產品更高。

2結構設計

當瞬態電壓抑制二極管器件吸收瞬時高能脈沖時，將導致器件結溫升高，結上產生的熱量大部分先流入芯片，然后流入焊料和管座，最后流入周圍環境。。

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

（1）器件產生的熱量吸收；

（2）管芯產生的熱量是否均勻分布；

（3）器件內部材料之間的熱匹配。

器件的散熱方式主要為熱傳導，散熱的好壞由熱阻的大小決定。因此，要考慮到熱量傳導途徑上的熱阻大小—即硅片、焊料和管座。針對瞬態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，這是設計時必須著重考慮的。針對這一特點，我們做了如下設計來解決這一問題：

器件焊接組裝時，為了使管芯瞬間產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），因為銅片的熱傳導效率高，能快速吸收芯片工作時產生的熱量，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熱匹配和熱傳導這兩個問題的協調解決，對保證器件的可靠性、大大提高器件的瞬態脈沖能力將起到至關重要的作用。

3 工藝技術難點改進

3.1芯片生產技術的改變

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

光阻法是一種先進的GPP芯片工藝，采用三層鈍化保護（SIPOS/玻璃/LTO）的高可靠的芯片。工藝過程是先在PN結表面沉積一層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結的表面留下需要鈍化保護的光阻玻璃，在高溫下將粉狀玻璃燒結成致密的固態玻璃體，最后再在玻璃表面沉積一層氧化成（LTO）。

3.2 燒焊工藝改進

焊接工序是降低熱阻、減少空洞、提高瞬態功率的關鍵工序。燒焊工藝控制的好壞直接關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，及時將管芯產生的熱量吸收。使用燒氫爐生產的產品，存在一個問題，即燒焊剪切力和溫度循環直接的矛盾，燒焊時間較長、溫度偏高的情況下，可以提高剪切力，但會提高溫度循環的淘汰率，反之，燒焊時間較短、溫度偏低的情況下，溫度循環很容易，剪切力卻不好，甚至會出現無殘留的情況。為提高燒焊工藝質量，我們使用了德國進口的QMT型真空回流焊爐，該設備具有真空功能，采用熱風回流加熱，產品均勻性好，空洞低，燒焊質量高。

3.3 箝位測試夾具的改進

陶瓷貼片零件的引腳尺寸有限，而功率為3KW的SMDJ系列產品中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，在產品的引腳上留下不可恢復的損傷痕跡。目前我公司生產的SMDJ5.0（C）A ～SMDJ10（C）A在箝位測試時因引腳損傷導致的淘汰率有8%～23%，造成很大的成本浪費，據資料顯示，應對這種大電流沖擊一般都使用彈簧針作為接觸介質，考慮到產品引腳是鍍金的，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

全鍍鎳零件在燒焊、壓焊的操作和剪切力、拉力方面有很強的優勢，但成品在外協電鍍時始終存在一定不可控的風險，而且鍍金零件有可以縮短生產周期等優點，綜合兩者優點，使用一種內部鍍鎳、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點又避免二次電鍍，可以很好的解決目前產品需要二次電鍍的問題。

結語

陶瓷貼片封裝產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中遇到的困難和瓶頸進行梳理、分析和改進，找出可靠的、高效的、適合批量生產的工藝路線，為保證陶瓷貼片封裝產品的供貨、占據市場和為公司創造效益打下堅實基礎。

參考文獻：

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