CN104439784A - 一种电子封装用对接式低阻引线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子封装用对接式低阻引线及其制备方法，对接式低阻引线包括馈通引线段，所述馈通引线段的一端部对接一低阻引线段，所述馈通引线段的长度与封装玻璃的长度相配合；所述低阻引线段的材料选用电阻率小于馈通引线段的材料电阻率的金属材料，所述金属材料的电阻率≤2μΩ·cm。本发明通过电阻焊与钎焊方法将馈通引线段和低阻引线段焊接成一体。本发明制备的对接式低阻引线对接的强度高、电阻小，适合大电流通过；并耐高温，在950℃高温下不易退火变形。从而兼顾了功率电子器件外壳对引线的高引线载流和高引线排布密度的要求。

Description

一种电子封装用对接式低阻引线及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子封装领域，具体地说是涉及一种电子封装用对接式低阻引线及其制备方法。
背景技术
随着混合集成电路功率外壳对集成度、功率密度的不断追求，功率电子器件的外壳为金属外壳的引线需要兼顾大载流、引线排布密度高的特点，需要低阻引线的封装，以降低额功耗。另外，由于散热性和气密性的要求，引线封装时多采用金属引线通过玻璃绝缘子进行封装，形成了金属－玻璃－金属引线结构，所以要求金属引线与玻璃的热膨胀系数相近，达到或接近匹配封接。
为了使引线热膨胀系数与玻璃相近，以符合玻璃-金属封接的可靠性要求，其通常采用低膨胀合金材料如铁镍合金（如可伐合金、4J50合金等）或铁镍合金包铜引线材料（如可伐包铜复合引线材料、4J50合金包铜复合引线材料等）制成的馈通引线，但其电阻仍不适合大电流通过。另外，引线上较高的承载电流必然要求其直径较大，而电子器件所能提供用于引线结构的空间却是有限的；由于高可靠、全密封金属封装外壳的可靠性、结构以及工艺限制，引线的直径不能随载流要求而无限制地增大，所以常规的功率外壳引线难以同时兼顾高引线载流和高引线排布密度的要求。
发明内容
本发明为了解决现有技术的不足，特提供一种高载流和高排布密度的电子封装用对接式低阻引线及其制备方法，在能满足金属-玻璃-金属封接的密封可靠性的同时，并降低其电阻。
为了达到上述发明的目的，所采用的技术方案为：
一种电子封装用对接式低阻引线，包括馈通引线段，所述馈通引线段的一端部对接一低阻引线段，所述馈通引线段的长度与封装玻璃的长度相配合；所述低阻引线段的材料选用电阻率小于馈通引线段的材料电阻率的金属材料，所述金属材料的电阻率≤2μΩ·cm，。
优选的，所述金属材料选用无氧铜、锆青铜或弥散无氧铜。
优选的，所述馈通引线段材料的线膨胀系数为4-10ppm/℃。
优选的，所述馈通引线段的直径不小于低阻引线段的直径。
优选的，所述馈通引线段和低阻引线段通过同轴焊接连接成一体。
更优选的，所述焊接包括电阻焊接与钎焊。
本发明的另一个发明目的是提供一种电子封装用对接式低阻引线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将馈通引线段和低阻引线段的一端部打磨成端面平面度≤0.01mm、表面粗糙度≤0.8μm；
（2）将打磨后的两端对接通过电阻焊接或钎焊的方法焊接成一整体；
（3）对其表面进行处理和机械加工。
优选的，所述步骤（2）中电阻焊接是指将馈通引线段、低阻引线段打磨的一端相对穿套在电阻焊机的定位绝缘套内，其伸出定位绝缘套的长度不超过1mm；将定位绝缘套夹持在焊接电极两侧，调节电阻焊机功率以达到馈通引线段和低阻引线段的熔点，瞬间放电将两引线段焊接为一整体。
所述步骤（2）中钎焊接是指将馈通引线段、高温焊料和低阻引线段依次垂直装配到烧结模具的垂直孔内，并置于窑炉内，在氮气保护下保温10±5分钟后冷却至常温，即将馈通引线段和低阻引线段焊接成一整体；所述窑炉内温度高于高温焊料的熔点30-50℃。
更优选的，所述高温焊料为金铜合金焊料，所述金铜合金焊料中铜的质量分数不低于20%。
本发明所采用的电阻焊机和烧结模具均为现有产品，其结构等均为已知技术。
本发明提供的一种电子封装用对接式低阻引线，是由馈通引线段和低阻引线段对接焊接成的一根完整的对接式低阻引线，对其按照使用要求进行机械加工和表面处理后，通过金属-玻璃-金属进行封接，将对接式低阻引线组装到功率电子器件金属外壳上。
其中低阻引线段材料的电阻率小于馈通引线段材料的电阻率，其为电阻率≤2μΩ·cm低阻金属材料，优选为无氧铜、锆铜、弥散无氧铜等，它们的耐高温，在950℃高温下不易退火变形。
馈通引线段的材料选用低膨胀金属引线材料，其线膨胀系数与封接玻璃的热膨胀系数接近，为4-10ppm/℃，包括铁镍合金和铁镍合金包铜引线材料，铁镍合金有可伐合金、4J50合金等，其电阻率≥40μΩ·cm，铁镍合金包铜引线材料有可伐包铜复合引线材料、4J50合金包铜复合引线材料等，其轴向电阻率≥12μΩ·cm。而当馈通引线段采用可伐合金或可伐包铜复合引线材料时，其线膨胀系数在4-6ppm/℃，符合匹配型玻璃-金属封接的封接要求；采用4J50合金或4J50合金包铜复合引线材料时，其线膨胀系数8－10ppm/℃，符合压力型玻璃-金属封接的封接要求。
本发明馈通引线段和低阻引线段的对接可采用电阻焊接与钎接，如果这两引线段的最小直径≥1.5mm优先采用电阻焊方法进行焊接成一体；而对于两引线段最大直径≤1.2mm优先采用钎焊方法进行焊接成一体。
所以，与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1）、本发明中低阻引线段材料的电阻率小于馈通引线段材料的电阻率，其为电阻率≤2μΩ·cm，从而使对接式低阻引线适合大电流通过，并耐高温，在950℃高温下不易退火变形。
2）、本发明中馈通引线段的材料选用低膨胀金属引线材料，其线膨胀系数与封接玻璃的热膨胀系数接近，为4-10ppm/℃，从而满足金属-玻璃-金属封接的可靠性要求，使玻璃与引线的封接界面能承受-65~175℃热交变而不会出现玻璃开裂。
3）、本发明选用的馈通引线段的直径比低阻引线段的直径略大，以防对接焊接时出现错位使接触面的电阻增大。
4）、馈通引线段和低阻引线段的对接面需要先对其进行打磨抛光处理，使馈通引线段和低阻引线段对接的端面平面度小于等于0.02mm，以减小对接接头的接触电阻。
5）、钎焊中所用的高温焊料优选金铜合金焊料，所述金铜合金焊料中铜的质量分数不低于20%。以防止含铜的引线段受到金铜焊料的熔蚀及在后续的玻璃-金属封接中发生焊料重熔。
6）、本发明的电子封装用对接式低阻引线结构简单，加工方便，对接的强度高，成本低，能承受950℃高温不断裂脱落，接头强度好，引线耐高温，不影响后续玻璃-金属熔封工艺。
7）、本发明中的电阻焊方法操作简便，制作效率高，成本低，适合制作引线最小直径≥1.5mm的电子封装用对接式低阻引线；
8）、本发明的钎焊方法可靠性高，适合制作引线最大直径≤1.2mm的电子封装用对接式低阻引线。
附图说明
图1为本发明引线封装在的功率电子器件金属外壳上示意图。
图2为本发明电阻焊时示意图。
图3为本发明钎焊时示意图。
图中：1-馈通引线段，2-低阻引线段，3-金属外壳，4-封装玻璃，5-焊接电极，6-定位绝缘套，7-高温焊料，8-烧结模具。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，电子封装用对接式低阻引线是由馈通引线段1和低阻引线段2的端部对接通过电阻焊接或钎焊同轴焊接而成一体，所述低阻引线段2的材料选用电阻率小于馈通引线段1的材料电阻率的金属材料，所述金属材料的电阻率≤2μΩ·cm。馈通引线段1的长度与封装玻璃4的长度相配合、直径大于低阻引线段1的直径。
优选的，所述低阻引线段2的材料选用无氧铜、锆青铜或弥散无氧铜。馈通引线段1为低膨胀金属引线材料，其线膨胀系数为4-10ppm/℃，包括铁镍合金（如可伐合金、4J50合金等）和铁镍合金包铜引线材料（如可伐包铜复合引线材料、4J50合金包铜复合引线材料等），均符合金属-玻璃-金属封装要求。
封装时，将馈通引线段1通过封装玻璃4封装在功率电子器件的金属外壳3上。所述馈通引线段1的长度与封装玻璃4的长度相当，其它部分全为低阻引线段2，以尽可能多地降低整个对接低阻引线的电阻，从而能通过大电流。
实施例2：
如图2所示，电子封装用对接式低阻引线的电阻焊方法，步骤如下：
（1）用磨床打磨馈通引线段1和低阻引线段2的对接端面，使端面的平面度为0.01mm、表面粗糙度为0.8μm，然后将两引线段的待焊接端面垂直于水平面码放整齐，用金属环约束，正反面分别磨削成光洁平面，并去除毛刺；
（2）将馈通引线段1和低阻引线段2穿套在定位绝缘套6中、其伸出定位绝缘套6的长度为1mm，以确保端面受力后两引线段不会弯曲变形；将定位绝缘套6夹持在焊接电极5两侧，调节电阻焊机功率以达到馈通引线段1和低阻引线段2的熔点，瞬间放电将两引线段焊接为一整体。
（3）取下对其表面进行处理和机械加工得对接式低阻引线。
实施例3：
采用如图2所示的电阻焊方法，步骤如下：
（1）用磨床打磨馈通引线段1和低阻引线段2的对接端面，使端面的平面度0.008mm、表面粗糙度0.87μm，然后将两引线段的待焊接端面垂直于水平面码放整齐，用金属环约束，正反面分别磨削成光洁平面，并去除毛刺；
（2）将馈通引线段1和低阻引线段2穿套在定位绝缘套6中、其伸出定位绝缘套6的长度0.5mm，以确保端面受力后两引线段不会弯曲变形；将定位绝缘套6夹持在焊接电极5两侧，调节电阻焊机功率以达到馈通引线段1和低阻引线段2的熔点，瞬间放电将两引线段焊接为一整体。
（3）取下对其表面进行处理和机械加工得对接式低阻引线。
实施例4：
如图3所示，电子封装用对接式低阻引线的钎焊方法，步骤如下：
（1）用磨床打磨馈通引线段1和低阻引线段2的对接端面，使端面的平面度为0.02mm，然后将两引线段待焊接端面垂直于水平面码放整齐，用金属环约束，正反面分别磨削成光洁平面，并去除毛刺；
（2）将馈通引线段1、高温焊料7和低阻引线段2依次垂直装配到烧结模具8的垂直孔内，并置于950℃的窑炉内，在氮气保护下保温5分钟后，冷却至常温，即将馈通引线段和低阻引线段焊接成一整体；高温焊料7通常为金铜合金焊料，其中铜的质量分数20%；
（3）将焊接好引线从窑炉内取出并拆除烧结模具8，对其表面进行处理和机械加工得对接式低阻引线。
实施例5：
采用如图3所示的钎焊方法，步骤如下：
（1）用磨床打磨馈通引线段1和低阻引线段2的对接端面，使端面的平面度0.01mm，然后将两引线段待焊接端面垂直于水平面码放整齐，用金属环约束，正反面分别磨削成光洁平面，并去除毛刺；
（2）将馈通引线段1、高温焊料7和低阻引线段2依次垂直装配到烧结模具8的垂直孔内，并置于980℃窑炉内，在氮气保护下保温15分钟后冷却至常温，即将馈通引线段和低阻引线段焊接成一整体；其中高温焊料7通常为金铜合金焊料，其中铜的质量分数为50%，以防止含铜的引线段受到金铜焊料的熔蚀；
（3）将焊接好引线从窑炉内取出并拆除烧结模具8，对其表面进行处理和机械加工得对接式低阻引线。
实施例6：
将本发明中电子封装用对接式低阻引线和现有技术中电子封装用引线进行电阻检测对比，具体数据如下表1所示：
其中：现有技术中电子封装用引线为馈通引线，其材料选用可伐合金或伐包铜复合引线材料。
本发明中电子封装用对接式低阻引线为馈通引线段和低阻引线段对接焊接而成的，馈通引线段的材料选用可伐合金或伐包铜复合引线材料，低阻引线段的材料选用锆铜。
表1：引线电阻检测
根据表1的引线平均电阻数据可得，可伐包铜复合引线材料与锆铜对焊引线（长度比1:3）焊接成的对接式低阻引线，其每厘米电阻值为0.65毫欧，是相同直径的可伐包铜复合引线材料引线的电阻值的52%，是相同直径可伐合金的电阻值的15%。所以，相比于现有的电子封装用引线，本发明的电子封装用对接式低阻引线的电阻低，其承载电流能力得到大幅度增强。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下所作出的等同变化和改进，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种电子封装用对接式低阻引线，包括馈通引线段，其特征在于：所述馈通引线段的一端部对接一低阻引线段，所述馈通引线段的长度与封装玻璃的长度相配合；所述低阻引线段的材料选用电阻率小于馈通引线段的材料电阻率的金属材料，所述金属材料的电阻率≤2μΩ·cm。
2.根据权利要求1所述的电子封装用对接式低阻引线，其特征在于：所述金属材料选用无氧铜、锆青铜或弥散无氧铜。
3.根据权利要求1所述的电子封装用对接式低阻引线，其特征在于：所述馈通引线段材料的线膨胀系数为4-10ppm/℃。
4.根据权利要求1所述的电子封装用对接式低阻引线，其特征在于：所述馈通引线段的直径不小于低阻引线段的直径。
5.根据权利要求1所述的电子封装用对接式低阻引线，其特征在于：所述馈通引线段和低阻引线段通过同轴焊接连接成一体。
6.根据权利要求5所述的电子封装用对接式低阻引线，其特征在于：所述焊接包括电阻焊接与钎焊。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的电子封装用对接式低阻引线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将馈通引线段和低阻引线段的一端部打磨成端面平面度≤0.01mm、表面粗糙度≤0.8μm；
（2）将打磨后的两端对接通过电阻焊接或钎焊的方法焊接成一整体；
（3）对其表面进行处理和机械加工。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中电阻焊接是指将馈通引线段、低阻引线段打磨的一端相对穿套在电阻焊机的定位绝缘套内，其伸出定位绝缘套的长度不超过1mm；将定位绝缘套夹持在焊接电极两侧，调节电阻焊机功率以达到馈通引线段和低阻引线段的熔点，瞬间放电将两引线段焊接为一整体。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中钎焊接是指将馈通引线段、高温焊料和低阻引线段依次垂直装配到烧结模具的垂直孔内，并置于窑炉内，在氮气保护下保温10±5分钟后冷却至常温，即将馈通引线段和低阻引线段焊接成一整体；所述窑炉内温度高于高温焊料的熔点30-50℃。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述高温焊料为金铜合金焊料，所述金铜合金焊料中铜的质量分数不低于20%。
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