三极管及其制造方法

摘要

一种三极管制造方法，包括如下步骤：将芯片焊接在框架引脚厚度为0.36-0.44mm框架上；将键合丝键合连接所述芯片与框架的引脚；使用塑封料进行塑封成型保护。上述三极管制造方法通过减少框架厚度，实现节约材料以降低物料成本，同时降低了产品的重量，使单个产品的运输费用降低。此外，还提供了一种三极管。

权利要求

1.一种三极管制造方法，其特征在于，包括如下步骤：将芯片焊接在框架引脚厚度为0.36-0.44mm框架上；

将键合丝键合连接所述芯片与框架的引脚，所述键合丝与芯片接触时的超声功率为177-492mW，接触压力为70-130g；所述键合丝与芯片焊接过程中的超声功率为177-492mW，焊接过程中焊头施加的压力为100-170g；

使用塑封料进行塑封成型保护。

2.根据权利要求1所述的三极管制造方法，其特征在于，所述框架的引脚的厚度为0.4mm。

3.根据权利要求1所述的三极管制造方法，其特征在于，所述框架的本体的厚度为0.36-0.44mm。

4.根据权利要求3所述的三极管制造方法，其特征在于，所述框架的本体的厚度为0.4mm。

5.根据权利要求1所述的三极管制造方法，其特征在于，还包括将框架在保护气体的保护下，加热到360-400℃的步骤。

6.根据权利要求5所述的三极管制造方法，其特征在于，所述保护气体为氢气所占比例为25％-30％的氢氮混合气体，流量为10-12L/min。

7.根据权利要求1所述的三极管制造方法，其特征在于，焊臂焊接芯片到框架上时焊臂下压的缓冲压力为8g。

说明书

【技术领域】

本发明涉及电子元件技术领域，尤其涉及一种三极管及其制造方法。

【背景技术】

三极管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高，已广泛用于广播、电视、通信、雷达、计算机、自控装置、电子仪器、家用电器等领域，起放大、振荡、开关等作用。

随着半导体技术的发展，三极管的封装技术同样快速向前发展。为了减小成本，工艺方面进行着不断革新，如半导体芯片特征尺寸的缩小，引入大量的新材料、新工艺和新器件结构。

通常，三极管的框架由金属材料制成，起着导电及散热的作用。框架在三极管的成本中占据一定的比重，在某些导电及散热性能要求较高的三极管中，框架由纯铜等材料制成，造成三极管的成本较高。

【发明内容】

有鉴于此，有必要针对传统的三极管的成本较高的问题，提供一种降低三极管成本的制造方法。

此外，还提供了一种使用上述方法制造的三极管。

为解决上述技术问题，提出了以下技术方案：

一种三极管制造方法，包括如下步骤：将芯片焊接在框架引脚厚度为0.36-0.44mm框架上；将键合丝键合连接所述芯片与框架的引脚，所述键合丝与芯片接触时的超声功率为177-492mW，接触压力为70-130g；所述键合丝与芯片焊接过程中的超声功率为177-492mW，焊接过程中焊头施加的压力为100-170g；使用塑封料进行塑封成型保护。

其中，所述框架的引脚的厚度为0.4mm。

其中，所述框架的本体的厚度为0.36-0.44mm。

其中，所述框架的本体的厚度为0.4mm。

其中，还包括将框架在保护气体的保护下，加热到360-400℃的步骤。

其中，所述保护气体为氢气所占比例为25％-30％的氢氮混合气体，流量为10-12L/min。

其中，焊臂焊接芯片到框架上时焊臂下压的缓冲压力为8g。

上述三极管通过减少框架厚度，实现节约材料以降低物料成本，同时降低了产品的重量，使单个产品的运输费用降低。

在焊接过程中，通保护气体保护框架，防止框架氧化影响导电和散热性能。

通过多次实验和分析，获得合理的功率和压力，防止较薄的框架发生形变及产生虚焊。

【附图说明】

图1为三极管的框架示意图；

图2为传统的三极管框架的侧面视图；

图3为本实施方式的三极管的侧面视图；

图4为三极管的结构示意图；

图5为传统产品的dVBE测试分布图；

图6为采用本实施方式的制造方法获得的产品的dVBE测试分布图。

【具体实施方式】

封装完成后的三极管主要包括芯片、框架、连接芯片与框架的键合丝、保护芯片与键合丝的塑封料等。在以下的实施方式中，根据三极管的生产和使用性能要求，在不对其产生影响的情况下，通过减少框架厚度，实现节约材料以降低物料成本，同时降低了产品的重量，使单个产品的运输费用降低。

如图1所示三极管的框架100包括本体110、引脚120、中筋130及底筋140。引脚120包括发射极引脚122、集电极引脚124与基极引脚126。其中，集电极引脚124直接与本体110相连，发射极引脚122与基极引脚126分别位于集电极引脚124的两侧。中筋130在靠近本体110的一端连接发射极引脚122、集电极引脚124与基极引脚126；底筋140在另一端连接发射极引脚122、集电极引脚124与基极引脚126，底筋140可以将多个三极管的框架100连接在一起。

如图2所示为传统的三极管的框架厚度示意图，如图3所示为本实施方式的三极管的框架100的厚度示意图。对比图3及图2可以看出，本实施方式的框架厚度较传统的框架厚度减少了0.1mm。具体来说，传统的三极管的框架本体110a及引脚120a的厚度都从0.5mm减为本实施方式的0.4mm，加工精度公差控制在0.01mm之内。在其他实施方式中，框架本体110a与引脚120a的厚度可以不一致。

从理论上来说，框架100的厚度越薄，就越能节约材料。然而，框架变薄会影响框架的导电和散热性能，更重要的是，框架变薄会给实际的生产过程带来很多困难，例如加工过程中容易变形引起虚焊等，因此，框架不能无限制的变薄。经过多次实验表明，三极管框架100的本体110的厚度控制在0.36-0.44mm，引脚120的厚度控制在0.36-0.44mm较为合适。

三极管的框架100变薄后，如果继续采用传统的制造方法来制造三极管，会产生诸多不良问题，例如框架100变形、虚焊等问题。

如图4所示，三极管10的制造过程为将芯片200通过焊料焊接在框架100的本体110上，再通过键合线300连接芯片200与引脚120，然后使用塑封料进行塑封，以保护芯片及焊线。

首先，将芯片200焊接在框架100上。把框架100在保护气体(本实施方式为氢气与氮气的混合气体，其中氢气所占比例为25％-30％。在其他实施方式中，可以是惰性气体或者高纯度的氮气，在真空环境则不需要保护气体，氢气的作用为利用其化学还原性质在框架100发生氧化后同时进行铜的还原反应，防止框架100氧化，因为氢气是易燃易爆气体，所以用氮气混合进行保护，使之与氧气完全隔离，防止出现危险)的保护下，加热到360-400℃。在框架100上点放适量焊料，再把芯片200放到框架100上并与框架100形成良好的欧姆接触，满足电特性的要求。

本实施方式中，由于框架厚度减小了0.1毫米，在焊臂焊接芯片200到框架100上时会因为框架100背面与传送框架100的轨道中间多0.1毫米的高度，焊臂下压的缓冲压力(一般为8g)作用会使框架100发生弹性形变。这些因素导致芯片200背面的焊料不能完全熔开，或者在框架100弹性形变的时候框架100上下过程中在芯片200背面产生焊料的局部堆积，形成芯片角的空洞，这对于成品三极管10来说是致命的缺陷。针对这些问题，对框架100的轨道进行改进，把轨道台面升高0.1mm使之与框架相协调，以减小框架100发生的弹性形变。空间缩小使保护气体的流动会发生变化，多次试验结果表明，把保护气体的流量控制在10-12L/min可以在防止框架100氧化的前提下节省气体。在整个框架100进轨道加热到焊接芯片200到框架100上的过程完成气体流量都控制在此范围之内。

然后，将键合丝300键合连接芯片200与框架100的引脚120。具体而言，是将芯片200的基极B和发射极E与框架100的发射极引脚122与基极引脚126连接的过程。同样在键合过程中由于框架100厚度减小会有框架形变的现象，在对轨道进行改进后，框架100形变引起的不良问题可以得到解决。但是，在键合中由于框架100变薄，在键合压力作用到芯片200上面时，压力的有效缓冲路程变短，在键合很短的时间内，压力不能够完全释放，会对芯片200的基极B和发射极E产生损伤。可以通过对键合参数的调整来解决这一问题，由于键合的接触压力和接触功率是相辅相成的，关键就是找到最合理的参数配置。在进行了大量的实验和分析后，把参数进行如下设置会对键合质量有很大的提高：

接触功率P的数值为60-100(177-492mW)，接触压力70-130g；

键合功率60-100(177-492mW)，键合压力100-170g。

(注：功率计算公式为(P/255)2*3.2W，其中P为功率的数值)

其中，接触功率为键合丝300与芯片200接触时的超声功率，接触压力为键合丝300与芯片200接触时焊头施加的压力。键合功率为键合丝300与芯片200焊接过程中的超声功率，键合压力为键合丝300与芯片200焊接过程中焊头施加的压力。以上参数的中心值一般为最理想数值，超出上限会压伤芯片，低于下限会引起虚焊，因各机器本身不同数值会有少许变化，但不能偏离中心值太多。

在采用上述制造方法加工的成品三极管进行实际上机测试后，结果表明三极管参数良好且使用正常。以下为测试方法及测试结果：

1.以典型的VBESAT和热阻dVBE为例，是用三极管在工作状态的基极B和发射极E之间的电压变化量来衡量基极B和发射极E之间PN结和三极管本身的温度变化量，其数值越大，表明热阻大，散热不好，数值小且一致性好表明热阻小，三极管散热良好。请对照图5及图6，其中，图5为传统产品的dVBE测试分布，图6为采用本实施方式的制造方法获得的产品的dVBE测试分布。从测试结果可以看出，在热阻dVBE分布上，最小值都在54mV，最大值本实施方式的制造方法为68.5mV，比传统的66.5mV大了3％，但平均值62.5mV比传统的61mV只大了0.8％。在使用上不会对三极管的各种性能产生大的影响，从成品的实际应用结果也印证了这一结论。

2.对三极管的最关键电参数放大倍数hfe进行测试结果如下表所示：

测试原理为给被测三极管加不同Ic电流进行加热，然后用Ic＝200mA进行放大倍数hfe的测试，看其放大倍数的随温度漂移的变化。从上表可以得出：在电流的逐渐增大下，三极管发热量随之变大，温度升高，0.4mm与0.5mm两种不同框架的hfe均呈现上漂趋势，其最大最小值的漂移量分别为0.82和1.04，变化率分别为3.7％和4.9％，都在正常的变化范围之内。

3.对0.4mm和0.5mm框架的三极管进行充电器实际上机对比实验：

  输入电压   温度   输出电压   输出电流   输出功率   0.4mm   220V   68℃   4.90V   0.5A   2.450W   0.5mm   220V   65℃   4.85V   0.5A   2.425W

从试验结果可以看出，在输入交流电压220V，两者的工作温度相差3℃，输出电压相差1％，输出功率相差1％，满足正常工作使用状态下的性能指标要求。

通过上述测试表明，用0.4mm新框架可以取代0.5mm框架的三极管。用纯铜加工的0.5mm框架，平均每吨纯铜可冲制数量为80.4万只，如果加工为0.4mm的框架，可冲制数量将提高到103万，提高了产量28.1％。因此，降低了单个三极管的铜的用量，降低了物料成本。同时，三极管的质量变轻，将使得每批次运送的三极管数量增加，使单个产品的运输费用降低。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。