CN107553038B - 一种用于双插头二极管引线焊接的工装及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于双插头二极管引线焊接的工装及焊接方法，属于半导体分立器件封装技术领域。利用高精度模具与焊片‑引线一体化结构配合，通过熔焊实现二极管玻璃封装体与外引线高精度、高可靠连接。本方法通过双插头同轴器件外引线与焊片的预先连接，并结合高精度模具精确定位引线与玻璃封装体，成功降低了由于各工件尺寸小导致装模难度及焊片偏移，解决了内外引线熔焊连接后焊缝、偏移以及质量一致性差等问题。这种引线焊接工艺技术方法的应用，既降低了装模过程对器件成品率的影响，同时提高了装模的效率，大大降低了二极管封装失效率，节省了贵金属焊片等原材料的耗量，降低了成本。

Description

一种用于双插头二极管引线焊接的工装及焊接方法

技术领域

本发明涉及一种用于双插头二极管引线焊接的工装及焊接方法，主要涉及到了双插头玻璃同轴二极管部件的装配及引线焊接技术，实现了外引线与焊片的预先连接、引线高精度装配，控制了引线、焊片、玻封体的对正度，简化了二极管引线焊接装模步骤。焊接完成后，双插头玻璃同轴二极管各部件同轴度高，引线焊接焊缝现象明显减少，缓解了引线偏移现象。因此，提高了产品的质量和一致性，属于半导体分立器件封装技术领域。

背景技术

二极管是电子工业中最为常见的电子元器件之一，目前的二极管主要以双插头引线式的二极管为主，双插头引线式玻璃封装二极管引线通常采用内外一体化引线，常规的内外结构一体化引线，多为杜美丝碰焊产品，其焊接区薄，在高温存在熔化脱落风险，故该类引线不能应用于高温芯片封装工艺。对于芯片焊接温度高于800℃的二极管封装，其外引线焊接只能安排在芯片焊接后进行，按现有封装工艺，外引线焊接安排在玻壳封装之后，内外引线间通过焊料熔化实现冶金连接，以保证引线焊接强度。但在装模过程中，由于焊片尺寸小及引线定位难会造成焊接后偏移以及焊缝等问题，主要表现在焊片不固定易造成焊片在装模及移模过程中晃动而偏离器件轴向中心以及模具定位孔设计加工精度有限造成引线对正困难，从而影响引线焊接质量，给二极管封装的稳定性和一致性带来极大影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于双插头二极管引线焊接的工装及焊接方法。

本发明的技术解决方案是：

一种用于双插头二极管引线焊接的工装，该工装包括扶正装置、上模板、下模板和定位台阶；

所述的扶正装置为一带有通孔的石墨板，其上的通孔直径与上外引线的直径相匹配，上外引线穿过扶正装置的通孔，扶正装置对上外引线在周向上进行定位；

所述的上模板为一带有阶梯孔的石墨板，阶梯孔包括上面的阶梯小孔和下面的阶梯大孔，其中阶梯小孔的直径与上外引线的直径相匹配，阶梯大孔处用于放置上外引线的钉头，上外引线穿过上模板的台阶孔，上模板对上外引线在周向上进行定位；

所述的下模板为一带有阶梯孔的石墨板，阶梯孔包括上面的阶梯大孔和下面的阶梯小孔，其中阶梯大孔的直径与玻封体的外径相匹配，阶梯小孔的直径与下外引线的直径相匹配，下外引线穿过下模板的台阶孔，下模板对下外引线和玻封体在周向上进行定位；所述的玻封体为采用玻璃封装的二极管芯片和内引线封装结构；

所述的定位台阶为一带有台阶孔的石墨圆柱，定位台阶放置于下模板的台阶大孔的底端，定位台阶的外径与下模板的台阶大孔的内径相匹配；定位台阶的大孔内径与二极管内引线的直径相匹配，用于对二极管内引线进行定位，从而达到对玻封体在周向上的定位；

所述的定位台阶放置于下模板内表面的底端；

所述的扶正装置与上模板通过定螺栓进行连接；

所述的上模板与下模板通过定位销进行连接。

一种双插头二极管引线焊接装置，该装置包括上述的焊接工装和真空烧结炉。

一种双插头二极管引线焊接方法，该方法的步骤包括：

(1)将焊片与下外引线的钉头通过点焊的方法进行焊接，得到焊片与下外引线一体化结构；将焊片与上外引线的钉头通过点焊的方法进行焊接，得到焊片与上外引线一体化结构；

(2)将定位台阶装配到下模板的台阶大孔的底端，然后将步骤(1)得到的焊片与下外引线一体化结构装配到下模板的台阶小孔内；最后将玻封体装配到下模板的台阶大孔内；

(3)首先将扶正装置与上模板通过定螺栓进行连接，并将扶正装置与上模板进行倒置，使得上模板位于扶正装置的上方，然后将步骤(1)得到的焊片与上外引线一体化结构装配到上模板的台阶孔内，焊片与上外引线一体化结构的自由端在重力作用下穿过扶正装置的通孔内；

(4)将步骤(3)得到的结构进行翻置并通过定位销与下模板合模；

(5)将步骤(4)得到的合模后的结构放置到真空烧结炉中进行外引线焊接。

所述的步骤(5)中，进行焊接时，真空烧结炉内的加热电极夹持在工装两侧，通过石墨焦耳发热，实现外引线与密封体的焊接。

所述的步骤(1)中，所述焊片的材料为金锗焊片，所述外引线为T型铜引线，由于两者材料电阻率及熔点有较大差值，故需精密调控点焊机功率，防止出现过熔焊接失效及欠熔未连接情况，所述的点焊机为中频逆变直流点焊机，其功率为3kVA-10kVA精确可调；

所述的步骤(1)中，进行点焊时，采用定位夹具将外引线和焊片固定在中频逆变直流点焊机的上下电极上，而后通电实现电阻点焊连接；所述的定位夹具为一带有台阶孔的圆柱，台阶孔的大孔直径与焊片的直径相匹配，台阶孔的小孔直径与外引线的直径相匹配；

所述的点焊为电阻点焊，使得焊片与外引线实现对正性好，焊点小，表面光洁的预连接；

外引线材料采用高导无氧铜，点焊机为直流脉冲点焊机、电容储能式点焊机或工频交流点焊机；

所述的焊片材料为金锗、金锡、银铜磷或银铜焊料片，焊片为薄圆片，其厚度为0.05～0.20mm，直径为0.75-3.00mm，所用外引线钉头直径为焊片直径的0.6-0.8倍；

所述的步骤(1)中的点焊机的电极为铜电极。

有益效果

(1)本发明针对双插头二极管引线焊接步骤中装模困难以及焊片、引线和玻封体对正性差导致引线焊接成品率低问题，提供了一种装模便捷，焊接质量好的一种高精度双插头二极管引线焊接方法；

(2)本发明通过中频逆变直流点焊机实现外引线与焊片预先连接，焊片与引线预先焊接后可达到焊点小，无焊渣缺陷、一致性好等效果；

(3)本发明通过外引线与焊片一体化结构使用，避免了因焊片小导致装模过程掉落、晃动问题，控制了焊片与引线的对正性，省去了焊片装模工序，将引线焊接装模工序由5步减少到3步，提高了装配效率；

(4)本发明的工装中上模板增加配套上引线扶正装置，下模板添加定位台阶，一次性解决上下引线与玻封体对正问题，实现了高精度同轴玻璃二极管封装；

(5)本发明通过外引线与焊片一体化结构和高精度模具配合使用，解决了传统装模过程中焊片、引线晃动导致偏移问题，提高了引线、焊片、玻封体对正性；大幅度减少引线偏移、焊缝等现象；

(6)本发明通过调整双插头二极管引线焊接的工装模具各孔位尺寸，使其具备完成不同器件尺寸的引线焊接能力；

(7)通过调整点焊机的焊接功率，使其具备完成不同尺寸焊片与引线点焊预先连接的兼容能力。

(8)本发明公开了一种高精度双插头二极管引线焊接的工艺技术方法：利用高精度模具与焊片-引线一体化结构配合，通过熔焊实现二极管玻璃封装体与外引线高精度、高可靠连接。本方法通过双插头同轴器件外引线与焊片的预先连接，并结合高精度模具精确定位引线与玻璃封装体，成功降低了由于各工件尺寸小导致装模难度及焊片偏移量，解决了内外引线熔焊连接后焊缝、偏移以及质量一致性差等问题。这种引线焊接工艺技术方法的应用，既降低了装模过程对器件成品率的影响，同时提高了装模的效率，大大降低了二极管封装失效率，节省了贵金属焊片等原材料的耗量，降低了成本。

附图说明

图1为本发明的点焊装配示意图；

图2为本发明的工装结构示意图。

具体实施方式

一种高精度双插头二极管引线焊接的方法，包括以下步骤：

1)用点焊的手段实现二极管外引线与焊片预先连接；

2)在二极管引线焊接装模步骤，按照逐层定位的模式，采用具有相同长、宽物理尺寸的上、下两层工装结构，各层加工不同结构及尺寸的孔，对各部件进行定位固定；

3)在上层工装结构上配置引线扶正装置，用以对上引线进行精确对正定位；在下层工装结构各孔内添加台阶定位孔，对玻封体进行精确定位；

4)按照逐层装配的顺序，依次将工装、二极管部件进行装配；

5)工装模具采用等静压石墨作为基体材料，在工装两端施加的电流、电压产热，熔化焊片，实现引线焊接。

所用方式为电阻点焊，使得焊片与外引线实现对正性好，焊点小，表面光洁的预连接。其焊接设备功率范围应为3KVA-10KVA精确可调，电极材料采用高导无氧铜。电源应包括直流脉冲点焊机、电容储能式点焊机以及工频交流点焊机。所用焊片材料为金锗、金锡、银铜磷、银铜焊料片；所述外引线材料为无氧铜。所用焊片为薄圆片，其厚度为0.05～0.20mm，所用铜引线T型钉头直径为焊片直径的0.6-0.7倍。外引线与玻封体分别有不同结构模具孔进行器件工装定位，焊片因与外引线预先连接，无需进行额外定位。上引线与玻封体精确对正通过上模具孔及扶正版孔两孔配合校正定位；上引线与玻封体精确对正通过下模具孔及定位台阶定位。所述步骤4“二极管部件”是指上引线-焊片、玻封体、下引线-焊片，合计三个部分。将装配好的二极管连同工装放置于高温烧结炉内，高温烧结炉内的加热电极夹持在工装模具两侧，通过石墨焦耳发热，精确控制施加的电压、电流，封装时间，实现外引线与密封体的焊接。

实施例

如图1和图2所示，待焊接的双插头二极管内引线直径为1.20mm，玻封体直径为2.15mm，外引线直径为0.70mm，外引线钉头为0.80mm，焊片直径为1.05mm，厚度为0.10mm；

将外引线与焊片进行点焊预连接，所述焊片的材料为金锗焊片，所述外引线为T型铜引线，由于两者材料电阻率及熔点有较大差值，故需精密调控点焊机功率，防止出现过熔焊接失效及欠熔未连接情况，所述的点焊机为中频逆变直流点焊机，其功率为4.5kVA；

进行点焊时，采用定位夹具2将外引线1和焊片3固定在中频逆变直流点焊机的上下电极上，而后通电实现电阻点焊连接；所述的定位夹具2为一带有台阶孔的圆柱，台阶孔的大孔直径为1.10mm，台阶孔的小孔直径为0.75mm；

所述的点焊机的电极为铜电极，电阻率为0.01678μΩ·m，焊接时间为0.25ms；

对焊片与外引线实施焊接，焊片与引线实现较好连接，无过熔现象，焊点较小，表面清洁。

一种用于双插头二极管引线焊接的工装，该工装包括扶正装置5、上模板6、下模板7和定位台阶8；

所述的扶正装置5为一带有直径为0.80mm通孔的石墨板，上外引线穿过扶正装置5的通孔，扶正装置5对上外引线在周向上进行定位；

所述的上模板6为一带有阶梯孔的石墨板，阶梯孔包括上面直径为0.75mm阶梯小孔和下面直径为1.00mm阶梯大孔，上外引线穿过上模板6的台阶孔，通过台阶孔在周向上进行定位；

所述的下模板7为一带有阶梯孔的石墨板，阶梯孔包括上面直径为2.25mm阶梯大孔和下面直径为0.75mm阶梯小孔，下外引线穿过下模板7的台阶孔，下模板7对下外引线和玻封体3在周向上进行定位；

所述的定位台阶8为一带有台阶孔的石墨圆柱，定位台阶8放置于下模板7的台阶大孔的底端，定位台阶8的外径为2.20mm；定位台阶8的大孔内径为1.20mm，用于对二极管内引线进行定位，从而达到对玻封体3在周向上的定位；

所述的扶正装置5与上模板6通过定螺栓进行连接；

一种双插头二极管引线焊接的步骤包括：

(1)将焊片与下外引线的钉头通过点焊的方法进行焊接，得到焊片与下外引线一体化结构；将焊片与上外引线的钉头通过点焊的方法进行焊接，得到焊片与上外引线一体化结构；

(2)将定位台阶8装配到下模板7的台阶大孔的底端，然后将步骤(1)得到的焊片与下外引线一体化结构装配到下模板7的台阶小孔内；最后将玻封体3装配到下模板7的台阶大孔内；

(3)首先将扶正装置5与上模板6通过定螺栓进行连接，并将扶正装置5与上模板6进行倒置，使得上模板6位于扶正装置5的上方，然后将步骤(1)得到的焊片与上外引线一体化结构装配到上模板6的台阶孔内，焊片与上外引线一体化结构的自由端在重力作用下穿过扶正装置5的通孔内；

(4)将步骤3)得到的结构进行翻置并通过定位销与下模板7合模；

(5)将步骤4)得到的合模后的结构放置到真空烧结炉中进行外引线焊接。所述的步骤5)中，进行焊接时，真空烧结炉内的加热电极夹持在工装两侧，通过石墨焦耳发热，实现外引线与密封体的焊接。

将步骤5)得到的封装后二极管按照GJB128进行目检，在20～30倍双目显微镜下观察，统计结果未发现由焊缝导致的不合格拒收现象；

选取步骤5)目检后器件按照GJB128进行引出端强度测试，测试结果表明该方法焊接后器件焊接强度高，符合标准要求；

选取步骤5)目检后器件按照GJB128进行X射线照相检验，检验结果表明该方法焊接后器件外引线偏移量均小于外引线直径1/5，外引线相对于器件主轴的垂线倾斜小于5°，说明该方法封装器件外引线偏移及倾斜问题得到有效解决；

综合封装后双插头二极管检验结果可知，一种用于双插头二极管引线焊接的工装及封装方法可有效实现无焊缝、高同轴度双插头二极管引线焊接。

Claims (9)

1.一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于该方法的步骤包括：

(1)将焊片与下外引线的钉头通过点焊的方法进行焊接，得到焊片与下外引线一体化结构；将焊片与上外引线的钉头通过点焊的方法进行焊接，得到焊片与上外引线一体化结构；

(2)将定位台阶(8)装配到下模板(7)的台阶大孔的底端，然后将步骤(1)得到的焊片与下外引线一体化结构装配到下模板(7)的台阶小孔内；最后将玻封体(3)装配到下模板(7)的台阶大孔内；

(3)首先将扶正装置(5)与上模板(6)通过定螺栓进行连接，并将扶正装置(5)与上模板(6)进行倒置，使得上模板(6)位于扶正装置(5)的上方，然后将步骤(1)得到的焊片与上外引线一体化结构装配到上模板(6)的台阶孔内，焊片与上外引线一体化结构的自由端在重力作用下穿过扶正装置(5)的通孔内；

(4)将步骤(3)得到的结构进行翻置并通过定位销与下模板(7)合模；

(5)将步骤(4)得到的合模后的结构放置到真空烧结炉中进行外引线焊接。

2.根据权利要求1所述的一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，进行焊接时，真空烧结炉内的加热电极夹持在工装两侧，通过石墨焦耳发热，实现外引线与玻封体(3)的焊接。

3.根据权利要求1所述的一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的点焊机的电极为铜电极；

所述的步骤(1)中，所述焊片的材料为金锗焊片，所述外引线为T型铜引线，由于两者材料电阻率及熔点有较大差值，故需精密调控点焊机功率，防止出现过熔焊接失效及欠熔未连接情况，所述的点焊机为中频逆变直流点焊机，其功率为3kVA-10kVA精确可调；

所述的步骤(1)中，进行点焊时，采用定位夹具(2)将外引线(1)和焊片(3)固定在中频逆变直流点焊机的上下电极上，而后通电实现电阻点焊连接；所述的定位夹具(2)为一带有台阶孔的圆柱，台阶孔的大孔直径与焊片的直径相匹配，台阶孔的小孔直径与外引线的直径相匹配；

所述的点焊为电阻点焊，使得焊片与外引线实现对正性好，焊点小，表面光洁的预连接。

4.根据权利要求1所述的一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于：外引线材料采用高导无氧铜，点焊机为直流脉冲点焊机、电容储能式点焊机或工频交流点焊机；所述的焊片材料为金锗、金锡、银铜磷或银铜焊料片，焊片为薄圆片，其厚度为0.05～0.20mm，直径为0.75-3.00mm，所用外引线钉头直径为焊片直径的0.6-0.8倍。

5.根据权利要求1所述的一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于：所述的双插头二极管包括玻封体(3)、外引线和内引线，外引线分为上外引线和下外引线；

进行焊接时所使用的工装包括扶正装置(5)、上模板(6)、下模板(7)和定位台阶(8)；

所述的扶正装置(5)用于对上外引线在周向上进行定位；

所述的上模板(6)用于对上外引线在周向上进行定位；

所述的下模板(7)用于对下外引线和玻封体(3)在周向上进行定位；

所述的定位台阶(8)为用于对二极管内引线进行定位；

所述的定位台阶(8)放置于下模板(7)的底端；

所述的扶正装置(5)与上模板(6)通过定螺栓进行连接；

所述的上模板(6)与下模板(7)通过定位销进行连接。

6.根据权利要求5所述的一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于：所述的扶正装置(5)为一带有通孔的石墨板，其上的通孔直径与上外引线的直径相匹配，上外引线穿过扶正装置(5)的通孔。

7.根据权利要求5所述的一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于：所述的上模板(6)为一带有阶梯孔的石墨板，阶梯孔包括上面的阶梯小孔和下面的阶梯大孔，其中阶梯小孔的直径与上外引线的直径相匹配，阶梯大孔处用于放置上外引线的钉头，上外引线穿过上模板(6)的台阶孔。

8.根据权利要求5所述的一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于：所述的下模板(7)为一带有阶梯孔的石墨板，阶梯孔包括上面的阶梯大孔和下面的阶梯小孔，其中阶梯大孔的直径与玻封体(3)的外径相匹配，阶梯小孔的直径与下外引线的直径相匹配，下外引线穿过下模板(7)的台阶孔，所述的玻封体(3)为采用玻璃封装的二极管芯片和内引线封装结构。

9.根据权利要求5所述的一种双插头二极管引线焊接方法，其特征在于：所述的定位台阶(8)为一带有台阶孔的石墨圆柱，定位台阶(8)的外径与下模板(7)的台阶大孔的内径相匹配；定位台阶(8)的大孔内径与二极管内引线的直径相匹配。