CN107309571A - 一种预成型焊片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预成型焊片，其包括焊片本体，在长度方向上，所述焊片本体的中心厚度比边缘厚度大；所述焊片本体的中心向两侧的边缘，厚度呈连续过渡。采用本发明的技术方案，通过控制预成型焊片的形状，形成中心厚度比边缘厚度厚，在组装时，焊片的受力点集中在焊片中心，降低了焊片中心接触热阻；焊片边缘与被焊接物体之间形成空隙，增大了焊片边缘处接触热阻。这使焊片焊接时形成中心温度高、边缘温度低的整体温度梯度，定向的从中心开始，逐渐向边缘熔化、润湿、推进，有效地排除气体，从而降低焊接时的空洞率。

Description

一种预成型焊片

技术领域

本发明属于钎焊材料技术领域，尤其涉及一种预成型焊片。

背景技术

随着微电子技术的发展，功率管器件密度越大，对组装焊接的散热要求也就越严苛。减少焊接空洞，是大功率器件组装的核心问题。真空焊接虽然可以十分有效的减少，甚至消除空洞，但生产效率低、工艺复杂。回流焊接效率高，但使用锡膏的焊接空洞率达到40%以上，严重影响散热性能。

大焊盘使用锡膏焊接时，空洞的产生主要是由于锡膏中有大量的有机溶剂，可以占到总体积的40%-50%，这些溶剂在钎焊加热过程中逐渐挥发，产生的大量气体，被封闭在焊盘内后，最终形成空洞。

预成型焊片是一种最近逐渐兴起的先进焊接材料，其构成包括薄片状的预成型锡片和表面的助焊剂预涂层。由于其定位精确，钎料含量稳定、焊接空洞率低和助焊剂残留少的优点，特别适合大焊盘、高品质要求的焊接场合。使用预成型焊片取代锡膏进行回流焊接，是一种降低焊件空洞率的有效手段。预成型焊片是一种薄片状的焊料制成品，与锡膏相比，其采用了固体的助焊剂，因此没有大量的有机溶剂所导致的挥发物，从而防止和降低了焊接时空洞产生。

如图1所示，回流焊中，平面焊片1被器件2和PCB板3夹在中间，由于器件2和PCB板3的遮挡，平面焊片1无法直接被热风和红外灯加热，熔化的热量，主要来自于器件焊盘4和PCB焊盘5的热传导；器件焊盘4和PCB焊盘5的尺寸越大，焊盘中心和边缘的温度差就越大，因此整个焊盘的温度呈现出不均匀，平面焊片1的温度分布即呈现为中心低，边缘高的特点。

焊料在钎焊温度下，液态焊料润湿扩展时其前沿的推进，是受焊片上的温度梯度控制的。由于焊片边缘温度高，中心温度低，焊料熔化首先出现在外侧边缘位置，然后向中心发展，导致中心的气体被外侧的液态焊料封闭在焊盘中心而无法逸出，最终演化成空洞。

美国专利US2011186617-1提出了一种翅片状的预成型焊片，通过在焊片上开楔形切口，提供更多气体逸散的通道，从而降低空洞率。但这种方法实际上减小了焊片的覆盖面积，而且当切口闭合时，也存在封闭气体的风险。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种预成型焊片，改善预成型焊片焊接中的空洞问题。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种预成型焊片，其包括焊片本体，在长度方向上，所述焊片本体的中心厚度比边缘厚度大；所述焊片本体的中心向两侧的边缘，厚度呈连续过渡。

界面的热传导，主要受接触热阻的影响。而接触热阻又主要受接触压力、材质及表面粗糙度的控制。采用此技术方案的焊片在组装时，受力集中于焊片中心，减小了中心位置的接触热阻；同时，边缘处由于组装间隙的存在，极大地增加了接触热阻，因此中心和边缘的传热能力产生了显著的差异，形成中间温度高，边缘温度低的温度梯度，使焊片定向地由中心向边缘熔化、润湿、推进。这一过程可以高效的排除气体，而减少空洞。

进一步优选的，可以在焊片本体中植入一定厚度的可焊性好的高温合金网，作为焊片的骨架，提高其装配稳定性。

作为本发明的进一步改进，所述焊片本体的中心厚度为边缘厚度的1.5-5倍。

作为本发明的进一步改进，所述焊片本体的中心厚度为边缘厚度的2-3倍。

作为本发明的进一步改进，所述焊片本体的中心向任意一侧的边缘的厚度变化为单调递减的变化。进一步的，所述焊片本体的中心向任意一侧的边缘的厚度变化曲线，可以是凹函数、凸函数、直线或者三者的组合，但是必须单调递减。

作为本发明的进一步改进，所述焊片本体的中心为中央平台。

作为本发明的进一步改进，所述焊片本体的中心向任意一侧的边缘的连接轮廓线为弧线。

作为本发明的进一步改进，在长度方向或宽度方向上，所述焊片本体镶嵌有金属丝，所述金属丝的熔点大于焊片本体的熔点。

优选的，所述焊片本体上沿长度方向镶嵌有对称分居的金属丝，所述金属丝的延伸方向与焊片本体的宽度方向相同，所述金属丝关于焊片中心线对称。

优选的，所述焊片本体上镶嵌有十字形的高温金属丝。

优选的，所述金属丝露出于焊片本体的表面。

作为本发明的进一步改进，所述金属丝的熔点大于500℃。

作为本发明的进一步改进，所述金属丝为铜丝、镍丝或银丝。

作为本发明的进一步改进，所述焊片本体的材料为软钎焊焊料。

进一步的，所述焊片本体的材料为锡合金焊料、铅合金焊料或铟合金焊料。

作为本发明的进一步改进，所述焊片本体的表面预涂有助焊剂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，通过控制预成型焊片的形状，形成中心厚度比边缘厚度厚，在组装时，焊片的受力点集中在中部，降低了热阻，而边缘与被焊接物体形成空隙，增大的热阻，形成中间温度高、边缘温度低的温度梯度，使焊片在焊接时从中心开始熔化，有效地排除气体，从而降低焊接时的空洞率。

附图说明

图1为现有技术的平面焊片的焊接组装示意图。

图2为本发明实施例1的预成型焊片的侧视图。

图3为本发明实施例1所述预成型焊片的立体示意图。

图4为本发明实施例2的预成型焊片的侧视图。

图5为本发明实施例2的预成型焊片的立体示意图。

图6为本发明实施例2的预成型焊片的焊接组装示意图。

图7为本发明实施例3的预成型焊片的侧视图。

图8为本发明实施例3的预成型焊片的立体示意图。

图9为本发明实施例4的预成型焊片的侧视图。

图10为本发明实施例4的预成型焊片的立体示意图。

图11为本发明实施例5的预成型焊片的结构示意图。

附图标记包括：1-平面焊片，2-器件，3-PCB板，4-器件焊盘，5-PCB焊盘，6-镍丝，7-高温金属丝；11-焊片中心，12-焊片边缘，13-中央平台，14-间隙。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术方案，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的介绍。应当明确的是，以下实施例仅仅是一些十分典型的实施方式，所有本领域的专业人员在不付出创造性的劳动的情况下依据本发明的原理做出的演化，都在本发明保护范围之内。

实施例1：

如图2和图3所示，一种预成型焊片，是一个10mmx10mm的矩形片，材料为Sn-3.0Ag-0.5Cu。其长度方向的截面，底部轮廓为平面，顶部轮廓为外凸弧形，焊片中心11的厚度0.2mm，焊片边缘12的厚度为0.1mm，表面涂覆有1%助焊剂。此实施例应用于器件热阻很高，热量主要由PCB焊盘传导至预成型焊片的场景。组装时，焊片的弧面朝向PCB焊盘，使焊盘的热量优先传递至焊片中心。当升温至熔化温度后，焊片由焊片中心11开始熔化，向焊片边缘12润湿扩展，并排除气体。

利用QFN焊盘进行对照实验，所得的空洞率分别为：采用锡膏的为45%，采用平面焊片的为24%，本实施例的空洞率为8%，远远低于锡膏和平面焊片的空洞率。

实施例2：

如图4~图6所示，一种预成型焊片，是一个7mmx7mm的矩形片，材料为Sn-3.5Ag。焊片的中心为宽度为2mm的中央平台13，厚度0.3mm，焊片边缘12的厚度为0.1mm。其长度方向的截面，上下对称，左右对称，中央平台13到焊片边缘12通过内凹弧线过渡。此实施例应用于器件热阻较低，热量通过PCB焊盘和器件焊盘共同传导至预成型焊片的场景。本实施例的具有中央平台形的焊片在组装时，中央平台13与器件2和PCB板3的中部接触，也就是器件焊盘4和PCB焊盘5的中部直接与中央平台13直接，焊片边缘12与器件焊盘4和PCB焊盘5之间形成空隙，这样组装时更加稳定，不易倾斜。焊片的受力点集中在中央平台13，降低了热阻，而焊片边缘12与器件焊盘4和PCB焊盘5形成间隙14，增大了热阻，这样形成中间温度高、边缘温度低的温度梯度，使焊片在焊接时从中心开始熔化，有效地排除气体，从而降低焊接时的空洞率。

利用QFN焊盘进行对照实验，所得空洞率分别为：采用锡膏的为54%，采用平面焊片的为23%，本实施例的空洞率为6%，远远低于锡膏和平面焊片的空洞率。

实施例3：

如图7和图8所示，一种预成型焊片，是一个10mmx5mm的矩形片，材料为Pb-5Sn-2.5Ag。其长度方向的截面为梭型，焊片中心11的厚度0.2mm，焊片边缘12厚度0.08mm，焊片中心11到焊片边缘12通过直线过渡。

利用QFN焊盘进行对照实验，所得空洞率分别为：采用锡膏的空洞率为34%，采用平面焊片的空洞率18%，本实施例的空洞率为9%，低于锡膏和平面焊片的空洞率。

实施例4：

如图9和图10所示，一种预成型焊片，是一个7mmx7mm的矩形片，是实施例3的一种改进。沿焊片长度方向对称的镶嵌有镍丝6，直径为0.1mm，镍丝6的中心距为3mm，镍丝6的镶嵌深度为0.06mm。镍丝6的镶嵌，起到辅助焊片中心11支撑的作用，可以使预成型焊片放置在PCB焊盘上时更加平稳，减少由于厚度不均导致的晃动，提高装配时的稳定性。由于镍丝细小，不会破坏焊片整体的传热结构，依然能形成中间温度高，边缘温度低的温度梯度，使焊片定向熔化，有效地排除气体，从而降低焊接时的空洞率。

利用QFN焊盘进行对照实验，所得的空洞率分别为：采用锡膏的为38%，采用平面焊片的为22%，本实施例的空洞率为10%，低于锡膏和平面焊片的空洞率。

实施例5：

如图11所示，一种预成型焊片，是一个8mmx4mm的矩形片，中心厚度0.2mm，边缘厚度0.1mm，是实施例1的一种改进。在该预成型焊片上镶嵌有十字形高温金属丝7作为骨架，起到增强组装稳定性，减少倾斜的作用。该高温金属丝7为直径0.14mm的纯铜丝，焊片中心处的镶嵌深度为0.1mm。

利用QFN焊盘进行对照实验，所得的空洞率分别为：采用锡膏的为47%，采用平面焊片的为15%，而本实施例的空洞率为9%，远远低于锡膏和平面焊片的空洞率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种预成型焊片，其特征在于：其包括焊片本体，在长度方向上，所述焊片本体的中心厚度比边缘厚度大；所述焊片本体的中心向两侧的边缘，厚度呈连续过渡。

2.根据权利要求1所述的预成型焊片，其特征在于：所述焊片本体的中心厚度为边缘厚度的1.5-5倍。

3.根据权利要求2所述的预成型焊片，其特征在于：所述焊片本体的中心厚度为边缘厚度的2-3倍。

4.根据权利要求1所述的预成型焊片，其特征在于：所述焊片本体的中心向任意一侧的边缘的厚度变化为单调递减的变化。

5.根据权利要求1所述的预成型焊片，其特征在于：所述焊片本体的中心为中央平台。

6.根据权利要求1所述的预成型焊片，其特征在于：在长度方向或宽度方向上，所述焊片本体镶嵌有金属丝，所述金属丝的熔点大于焊片本体的熔点。

7.根据权利要求6所述的预成型焊片，其特征在于：所述金属丝为铜丝、镍丝或银丝。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的预成型焊片，其特征在于：所述焊片本体的材料为锡合金焊料、铅合金焊料或铟合金焊料。

9.根据权利要求1~7任意一项所述的预成型焊片，其特征在于：所述焊片本体的表面预涂有助焊剂层。