CN110026744A - 一种微矩形电连接器的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微矩形电连接器的加工方法，包括以下步骤：将金属块状坯料机械加工成金属封装壳体，在金属封装壳体上机械加工出特殊的两级台阶孔；在所述金属封装壳体的表面依次镀覆镍层和金层；将所述微矩形电连接器插入所述金属封装壳体的两级台阶孔中预装配成一个整体，并在第一台阶孔的侧壁与所述安装法兰的间隙处放置预成型片状的金锡共晶焊料；将预装配好的金属封装壳体和所述微矩形连接器在气体A与氢气的混合气氛中钎焊，完成密封，其中，所述气体A为惰性气体或氮气。本发明通过加工具有特殊结构的金属封装壳体，同时优化钎焊工艺，保证微矩形电连接器的气密性，并提高后续使用温度区间。

Description

一种微矩形电连接器的加工方法
技术领域
本发明属于电子封装技术领域，具体涉及一种微矩形电连接器的加工方法。
背景技术
伴随着军用整机系统小型化，微矩形电连接器作为电子电路中的常用接插连接元件，可以方便地使两部分电路进行连接和分离。
金属外壳作为内部电子电路的机械支撑的载体，与微矩形电连接器组成了器件的两个部分。针对高可靠的航空、航天或武器装备领域，为了在极端环境状态下保持较高工作效率的要求，针对带金属外壳的微矩形电连接器部件提出了更高的标准和要求，一般需要满足按照GJB2440A-2006<混合集成电路外壳通用规范>的环境试验要求，如需承受100次-65℃～+175℃温度循环、15次-65℃～+150℃热冲击后气密性合格，密封性优于1.0×10- 9Pa.m3.s-1。
而在传统军用密封器件的使用场合，带金属外壳的微矩形电连接器一般是采用铅锡合金焊料进行钎焊，由于焊料的融化温度163℃，在微矩形电连接器与金属外壳组装之后，为避免铅锡合金二次熔化而使得密封失效，后续的装配温度不能再超过163℃，使得其使用温度受到极大限制，同时也无法满足GJB2440A-2006<混合集成电路外壳通用规范>的环境试验要求。现有技术中也有采用更高温度的金锡共晶焊料进行钎焊(金锡共晶焊料熔点280℃)，但钎焊过程中微矩形电连接器存在大比例漏气使得密封失效的风险，使得部件的可靠性差、合格率低。
发明内容
基于此，本发明提供了一种带金属外壳的微矩形电连接器的加工方法，通过机械加工方法加工成两级台阶孔结构的金属封装壳体，同时优化钎焊工艺，保证微矩形电连接器的气密性，在提高后续使用温度区间的同时，使其可靠性满足GJB2440A-2006<混合集成电路外壳通用规范>的环境试验要求。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微矩形电连接器的加工方法，包括以下步骤：
S1、将金属块状坯料的内部机械加工出一腔室，在所述腔室的其中一侧壁上机械加工出两级台阶孔，所述两级台阶孔由外至内依次由第一台阶孔和第二台阶孔构成且逐级缩小，所述第一台阶孔用于安装所述微矩形电连接器的安装法兰，所述第二台阶孔用于安装所述微矩形电连接器的插接空腔；这里所述的机械加工方法为本领域技术人员的常规手段，如铣削等，因此，不再详细赘述。
S2、在所述金属封装壳体的表面依次镀覆镍层和金层；
S3、将所述微矩形电连接器插入所述金属封装壳体的两级台阶孔中预装配成一个整体，并在第一台阶孔的侧壁与所述安装法兰的间隙处放置预成型片状的金锡共晶焊料；
S4、将步骤S3中预装配好的金属封装壳体和所述微矩形连接器在气体A与氢气的混合气氛中钎焊，完成密封，其中，所述气体A为惰性气体或氮气。
进一步的，步骤S1中，机械加工出所述腔室时，在所述腔室的内侧壁与所述插接空腔的外侧壁之间预留0.8mm～6.0mm，这里腔室内侧壁与所述插接空腔的外侧壁预留较大间隙，使得后续金锡钎焊时焊料无法在此堆积形成有效的焊接界面，避免了微矩形电连接器的玻璃封装区域承受钎焊应力；
机械加工所述第一台阶孔时，其深度与所述安装法兰的厚度相同，并在所述第一台阶孔的内侧壁与所述安装法兰的外侧壁之间预留0.8～1.5mm；
机械加工所述第二台阶孔时，其深度短于所述插接空腔的深度0.5～2.0mm，并在其内侧壁与所述插接空腔的外侧壁之间预留0.03～0.08mm，通过第二台阶孔预留较小的装配间隙，一方面给保证微矩形电连接器与金属封装壳体能够轻松装配，另一方面保证后续钎焊后在该间隙区域的金锡焊料较少，一定程度上减少了焊接应力的产生。
进一步的，所述步骤S2中，所述镍层的厚度为5～15μm，所述金层的厚度为0.75～5.7μm。这里镍层和金层的厚度符合GJB2440A-2006<混合集成电路外壳通用规范>，其镀覆过程采用本领域常规手段，不再详细赘述。
进一步的，步骤S4中，所述混合气氛中，氢气的体积比为5％～20％。
进一步的，步骤S4中，所述钎焊的步骤为先梯度升温再梯度降温。
优选的，所述梯度升温的具体过程为：先以10～20℃/min的升温速率从室温升至T1，后保温5～10min预热，然后继续以10～20℃/min的升温速率升温至T2保温4～8min，其中，T1为250℃～270℃，T2为310～330℃；
所述梯度降温的具体过程为：以10～20℃/min的降温速率降温至T3后，再以低于5℃/min的降温速率降温至室温，其中T3为260～280℃。具体的温度设置曲线可参考图1中所示，首先从室温快速升温至T1，确保装配好的金属封装壳体与微矩形电连接器受热均匀，然后再快速升温至T2保温后，快速降温至T3，确保已经融化的焊料快速凝固，避免金锡共晶焊料与金属封装壳体过度冶金反应，破坏金属封装壳体表面的镀层，最后再缓慢降温至室温，此时由于微矩形电连接器通过凝固的金锡共晶焊料与金属封装壳体连接成一个整体，通过缓慢的降温可以缓解微矩形电连接器与金属封装壳体间的钎焊应力。
进一步的，所述金属封装壳体的材料为轻质金属。
优选的，所述的轻质金属包括钛合金、铝硅复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的密封方法中首先将金属封装壳体加工成带有两级台阶孔的钎焊结构，可有效避免了微矩形电连接器的玻璃密封区域的钎焊受力失效；
采用本发明优化的钎焊工艺，通过分步梯度温度设置，结合设计的钎焊结构可有效的提高钎焊的密封可靠性。
附图说明
图1为实施例1中钎焊工艺的温度曲线；
图2为本发明实施例1中金属封装壳体的侧面剖视图；
图3为本发明实施例1中微矩形电连接器的侧面剖视图；
图4为图3中微矩形电连接器的俯视图；
图5为本发明实施例1中微矩形电连接器钎焊后的整体侧面剖视图；
图6为图4中微矩形电连接器钎焊密封结构出的局部放大剖视图。
图中：1-金属封装壳体，11-腔室，12-第一台阶孔，13-第二台阶孔；
2-微矩形电连接器，21-安装法兰，22-插接空腔，23-玻璃密封区域，24-针脚。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
S1、将钛合金块状坯料加工成金属封装壳体1，如图2所示，在金属封装壳体1内机械加工出腔室11，然后在腔室11的其中一侧壁上机械加工出用于装配钎焊微矩形电连接器2的两级台阶孔。微矩形电连接器2的结构如图3和4所示，其包括安装法兰21、插接空腔22、玻璃密封区23和针脚24，其结构为本领域常用的微矩形电连接器，这里不做详细的赘述。其中，所述两级台阶孔由外至内且逐级缩小依次机械加工出第一台阶孔12和第二台阶孔13，腔室11、第二台阶孔13和第一台阶孔12的轴向同轴，第一台阶孔12用于安装所述微矩形电连接器2的安装法兰21，第二台阶孔13用于安装所述微矩形电连接器2的插接空腔22；
同时，在机械加工时，在腔室11的内侧壁与插接空腔22的外侧壁预留0.8mm，第一台阶孔12的加工深度与安装法兰21的厚度相同，并在第一台阶孔12的内侧壁与安装法兰21的外侧壁预留0.8mm；第二台阶孔13的加工深度短于插接空腔22的深度0.5mm，并在其内侧壁与插接空腔22的外侧壁预留0.03mm。
S2、在金属封装壳体1的表面依次镀覆镍层和金层，其中镍层厚度为5μm，金层厚度为5.7μm；
S3、将微矩形电连接器2插入金属封装壳体1的两级台阶孔中预装配成一个整体，并在第一台阶孔12和微矩形电连接器2的安装法兰21的间隙处放置预成型片状的金锡共晶焊料；
S4、将步骤S3中预装配好的金属封装壳体和所述微矩形连接器在氮气与氢气(其中氢气的体积比为5％)的混合气氛中钎焊，完成密封，成品结构如图5和图6中所示，其中钎焊的具体工艺为：先以10℃/min的升温速率从室温升至250℃后保温10min预热，然后继续以10℃/min的升温速率升温至310℃保温8min；然后以10℃/min的降温速率降温至280℃后，再以低于5℃/min的降温速率降温至室温，完成微矩形电连接器的加工。
随机取实施例1中钎焊后的样品5组，依据GJB548B-2005<微电子器件试验方法和程序>方法1014密封性测试，气密性均合格，优于1.0×10-9Pa.m3.s-1，结果如下表所示:
进一步随机取实施例1中钎焊后的样品5组，按照GJB2440A-2006<混合集成电路外壳通用规范>的环境试验要求，进行100次-65℃～+175℃温度循环和15次-65℃～+150℃热冲击试验，试验后依据GJB548B-2005<微电子器件试验方法和程序>方法1014密封性测试，气密性均合格，密封性优于1.0×10-9Pa.m3.s-1，结果如下表所示：
实施例2
S1、同实施例1，其中，第一台阶孔的加工深度与安装法兰的厚度相同，在第一台阶孔的内侧壁与安装法兰的外侧壁预留1.2mm，第二台阶孔的加工深度短于插接空腔的深度1.0mm，在其内侧壁与插接空腔的外侧壁预留0.05mm；在腔室的内侧壁与插接空腔的外侧壁预留3.0mm；
S2、在金属封装壳体的表面依次镀覆镍层和金层，其中镍层厚度为10.0μm，金层厚度为0.57μm；
S3、同实施例1；
S4、将步骤S3中预装配好的金属封装壳体和所述微矩形连接器在氮气与氢气(其中氢气的体积比为15％)的混合气氛中钎焊，完成密封，其中钎焊的具体工艺为：先以15℃/min的升温速率从室温升至260℃后保温6min预热，然后继续以15℃/min的升温速率升温至320℃保温6min；然后以15℃/min的降温速率降温至270℃后，再以低于5℃/min的降温速率降温至室温。
实施例3
S1、选用铝硅复合材料块状坯料，其中，第一台阶孔的加工深度与安装法兰的厚度相同，在第一台阶孔的内侧壁与安装法兰的外侧壁预留1.5mm，第二台阶孔的加工深度短于插接空腔的深度2mm，在其内侧壁与插接空腔的外侧壁预留0.08mm；在腔室的内侧壁与插接空腔的外侧壁预留6.0mm，其他步骤均与实施例1相同。
S2、在金属封装壳体的表面依次镀覆镍层和金层，其中镍层厚度为15μm，金层厚度为2μm；
S3、同实施例1；
S4、将步骤S3中预装配好的金属封装壳体和所述微矩形连接器在氮气与氢气(其中氢气的体积比为20％)的混合气氛中钎焊，完成密封，如图5所示，其中钎焊的具体工艺为：先以20℃/min的升温速率从室温升至280℃后保温5min预热，然后继续以20℃/min的升温速率升温至330℃保温4min；然后以15℃/min的降温速率降温至280℃后，再以低于5℃/min的降温速率降温至室温。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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。

Claims (8)

1.一种微矩形电连接器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将金属块状坯料的内部机械加工出一腔室，在所述腔室的其中一侧壁上机械加工出两级台阶孔，所述两级台阶孔由外至内依次由第一台阶孔和第二台阶孔构成且逐级缩小，所述第一台阶孔用于安装所述微矩形电连接器的安装法兰，所述第二台阶孔用于安装所述微矩形电连接器的插接空腔；
S2、在所述金属封装壳体的表面依次镀覆镍层和金层；
S3、将所述微矩形电连接器插入所述金属封装壳体的两级台阶孔中预装配成一个整体，并在所述第一台阶孔的侧壁与所述安装法兰的间隙处放置预成型片状的金锡共晶焊料；
S4、将步骤S3中预装配好的金属封装壳体和所述微矩形连接器在气体A与氢气的混合气氛中钎焊，完成密封，其中，所述气体A为惰性气体或氮气。
2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤S1中，机械加工出所述腔室时，在所述腔室的内侧壁与所述插接空腔的外侧壁之间预留0.8mm~6.0mm；
机械加工所述第一台阶孔时，其加工深度与所述安装法兰的厚度相同，并在所述第一台阶孔的内侧壁与所述安装法兰的外侧壁之间预留0.8~1.5mm；
机械加工所述第二台阶孔时，其加工深度短于所述插接空腔的深度0.5~2.0mm，并在其内侧壁与所述插接空腔的外侧壁之间预留0.03~0.08mm。
3.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤S2中，所述镍层的厚度为5~15μm，所述金层的厚度为0.75~5.7μm。
4.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤S4中，所述混合气氛中，氢气的体积比为5%~20%。
5.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤S4中，所述钎焊的步骤为先梯度升温再梯度降温。
6.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述梯度升温的具体过程为：先以10~20℃/min的升温速率从室温升至250℃~270℃后保温5~10min预热，然后继续以10~20℃/min的升温速率升温至310~330℃保温4~8min；
所述梯度降温的具体过程为：以10~20℃/min的降温速率降温至260~280℃后，再以低于5℃/min的降温速率降温至室温。
7.如权利要求1~6任一项所述的加工方法，其特征在于，所述金属封装壳体的材料为轻质金属。
8.如权利要求7所述的加工方法，其特征在于，所述的轻质金属包括钛合金、铝硅复合材料。
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