CN110783751A - 一种提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微电子气密封装技术领域，公开了一种提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构。应力释放结构为一个弹性过渡区，所述弹性过渡区设置在多芯连接器和腔体的主体结构之间，实现气密焊接时，所述弹性过渡区用于释放应力。该弹性过渡区域设置凹陷部分，凹陷部分的形状可以是环形槽或者连续分布的长条孔或者连续分布的圆形孔。上述方案改变腔体接头焊接部位刚度，可大大降低多芯连接器与铝合金腔体焊接时、以及后续使用过程中因热膨胀失配而导致的连接器开裂漏气风险，解决了多芯连接器与腔体气密焊接的热失配难题，提高产品的焊接成品率和使用可靠性。

Description

一种提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构
技术领域
本发明涉及微电子气密封装技术领域，特别是一种提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构。
背景技术
在微电子封装领域，随着整体空间资源趋近饱和，使得各产品的金属气密封装趋于小型化，轻量化。与此同时产品输入输出接口却越来越多。
传统的混合集成气密封装多采用分层结构，如图1所示，将金属腔体分为正反两面，正面布置裸管芯并进行气密封装，形成正面气密腔，正面的电信号通过气密烧结的玻璃绝缘子穿层引入到腔体背面，然后通过固定在侧壁的标准接插件(如D型连接器)作为对外信号的交互接口。而传统标准接插件多采用螺钉紧固安装多芯连接器，达不到气密要求且占用较大空间。
随着电子产品集成度的提高，功能越发复杂，对外接口增多，要求电子产品整体达到气密。在这种环境下，连接器设计厂家开发出了各种形式的气密焊接多芯连接器。几乎所有的多芯连接器为了达到气密要求，均采用插针+玻璃体+金属外壳的方式来实现。
受材料水平限制，目前多芯连接器中用来气密烧结的玻璃体热膨胀系数都在5～6ppm(ppm:百万分之一)左右。为防止玻璃体因连接器自身热应力失配而开裂漏气，连接器的金属封装外壳一般都采用柯伐材料(热膨胀系数5.1ppm，密度8.4g/cm3)加工成柯伐外壳。常见接头结构示意图见图2。而对于气密封装腔体，则要求其强度高、重量轻、可加工性好，同时满足激光封焊等要求，目前封装腔体最常用的材料是铝合金(热膨胀系数23ppm，密度2.7g/cm3)。
当将铝合金腔体与使用柯伐外壳的多芯连接器进行焊接时，由于两种材料热膨胀系数差异较大，在高温焊接过程中会由于热应力过大造成接头内部开裂漏气(此类封装最普遍的热应力开裂位置为柯伐外壳与玻璃体的结合界面)。铝合金腔体与柯伐外壳多芯连接器焊接装配示意见图3。
图2中的多芯连接器是插针类型的多芯连接器，图3是铝合金腔体和多芯连接器的焊接示意图。尤其对于这种小间距插针类型的多芯连接器，通过仿真分析发现接头自身的玻璃焊缝处应力集中较为明显，实际焊接产品也是在这些位置发生开裂漏气现象。
造成此结果是由于多芯连接器外壳材料与腔体材料热应力失配(腔体和接头的材料的热膨胀系数相差4倍以上)导致的。在温度变化时腔体的形变量远远超过多芯连接器外壳的形变量，此时腔体相对于连接器外壳会产生一个很大的拉力或压力。由于连接器与腔体之间的焊缝面积较大且通常采用高强度的金锡焊料，因而不容易开裂。而连接器柯伐外壳与玻璃体的烧结面小且特征复杂，容易形成超过玻璃烧结面强度的集中应力从而导致连接器开裂漏气。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，为了在不更换铝合金腔体材料的情况下解决连接器与腔体在焊接过程中的热膨胀失配问题，提供了一种提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构。
本发明采用的技术方案如下：一种提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，包括弹性过渡区，所述弹性过渡区设置在多芯连接器和腔体的主体结构之间，实现气密焊接时，所述弹性过渡区用于释放应力。
进一步的，所述弹性过渡区的一侧表面设置了凹陷部分，所述一侧表面指气密焊接后在焊接体外部的表面。
进一步的，所述凹陷部分为围绕着多芯连接器的环形槽。
进一步的，所述围绕着多芯连接器的环形槽为一环或者多环。
进一步的，所述凹陷部分为围绕着多芯连接器连续分布的盲孔。
进一步的，所述盲孔围绕着多芯连接器连续分布形成一个环或者多个环。
进一步的，所述连续分布的盲孔为长条形状。
进一步的，所述连续分布的盲孔为圆形孔。
进一步的，所述腔体为铝合金腔体。
进一步的，所述提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构应用于光电器件、射频器件、数字器件和异质材料的焊接，所述多芯连接器用对应的光电器件、或射频器件、或数字器件替代，所述腔体用对应的异质材料替代。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明的技术方案通过在铝合金腔体连接器焊接部位附近设计应力释放结构，从而改变腔体接头焊接部位刚度，可大大降低多芯连接器与铝合金腔体焊接时、以及后续使用过程中因热膨胀失配而导致的连接器开裂漏气风险，解决了多芯连接器与腔体气密焊接的热失配难题，提高产品的焊接成品率和使用可靠性。与传统更换腔体材料(改用热膨胀系数接近接头外壳的材料)的方法相比，可大大降低产品成本和封装重量，在微电子气密封装领域具有重要的意义。
附图说明
图1是传统混合集成封装形式示意图。
图2是传统混合集成封装中气密焊接式多芯连接器示意图。
图3是传统混合集成封装中铝腔体与多芯连接器焊接示意图。
图4是本发明采用环形槽形式的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构示意图。
图5是本发明采用连续分布的长条状盲孔的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构示意图。
图6是本发明采用连续分布的圆形状盲孔的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构示意图。
图4-6中：1-铝合金腔体，2-多芯连接器，3-环形槽，4-连续分布的长条孔，5-连续分布的圆形孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，包括弹性过渡区，所述弹性过渡区设置在多芯连接器和腔体的主体结构之间，实现气密焊接时，所述弹性过渡区能够有效降低温度变化而引起的接头应力集中。该弹性过渡区可以是单独设置的部件，也可以是设置在腔体上，和腔体一体成型。所述的应力释放结构尺寸大小可以根据腔体厚度尺寸以及实际加工能力进行灵活调整。
优选地，所述弹性过渡区的一侧表面设置了凹陷部分，所述一侧表面指气密焊接后在焊接体外部的表面。凹陷部分即用于释放多芯连接器接头和腔体之间的应力。
本发明中形成上述凹陷部分的方式应不被限制。
优选地，如图4所示为凹陷部分的其中一种环形槽3形式，该环形槽3围绕着多芯连接器2分布，可以是一个环形槽(图4示意了一个环形槽)或者多个环形槽。
优选地，所述凹陷部分为围绕着多芯连接器连续分布的盲孔，所述盲孔围绕着多芯连接器连续分布形成一个环或者多个环。
其中，如图5所示，所述连续分布的盲孔为连续分布的长条孔4，图5中示意了连续分布的长条孔4形成一个环的情况，在转角处，该长条孔为具有弧形的长条孔。
其中，如图6所示，所述连续分布的盲孔为连续分布的圆形孔5，如图6中示意了连续分布的圆形孔5形成两个环的情况。
优选地，如图4、5、6中的实施例，所述腔体为铝合金腔体1(热膨胀系数23ppm，密度2.7g/cm3)；多芯连接器2采用0.635mm针间距的37芯连接器，多芯连接器2内部是玻璃体，外部是柯伐材料(热膨胀系数5.1ppm，密度8.4g/cm3)。
多芯连接器与铝合金腔体之间使用金锡焊料并采用回流焊的方式进行焊接。焊接初始所有部件温度逐渐升高并发生体积膨胀；到中间点的时候焊料溶化，溶化后的焊料通过毛细作用填充进接头和腔体的接触缝隙；焊料充分溶化后整体逐渐降温，此时焊料逐渐凝固同时铝合金腔体和连接器材料各自收缩，两者之间由于固体焊料相连产生相应的内应力；此时由于腔体上应力释放结构的存在，大大降低了腔体局部位置的刚度；使得收缩过程中产生的内应力低于多芯连接器玻璃体与柯伐外壳的抗拉强度，最终保证连接器在焊接过程中不破裂漏气。
焊接好的封装腔体在后续高低温环境中使用时，随着温度变化，应力释放结构均能有效降低接头上的热应力，从而保证了此种封装形式的长期使用可靠性。
另外，本发明的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构不局限于多芯连接器与铝合金腔体的气密焊接领域，还包括多芯连接器与其它材料焊接可靠性提高的领域。
另外，所述提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构应用于光电器件、射频器件、数字器件和异质材料的焊接，用于可靠性提高的技术领域，所述多芯连接器用对应的光电器件、或射频器件、或数字器件替代，所述腔体用对应的异质材料替代。不局限与多芯连接器和异质材料的气密焊接。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，包括弹性过渡区，所述弹性过渡区设置在多芯连接器和腔体的主体结构之间，实现气密焊接时，所述弹性过渡区用于释放应力。
2.如权利要求1所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述弹性过渡区的一侧表面设置了凹陷部分，所述一侧表面指气密焊接后在焊接体外部的表面。
3.如权利要求1所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述凹陷部分为围绕着多芯连接器的环形槽。
4.如权利要求3所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述围绕着多芯连接器的环形槽为一环或者多环。
5.如权利要求2所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述凹陷部分为围绕着多芯连接器连续分布的盲孔。
6.如权利要求5所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述盲孔围绕着多芯连接器连续分布形成一个环或者多个环。
7.如权利要求5所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述连续分布的盲孔为长条形状。
8.如权利要求5所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述连续分布的盲孔为圆形孔。
9.如权利要求1-8任一项所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述腔体为铝合金腔体。
10.如权利要求1-8任一项所述的提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构，其特征在于，所述提高多芯连接器气密焊接可靠性的应力释放结构应用于光电器件、射频器件、数字器件和异质材料的焊接，所述多芯连接器用对应的光电器件、或射频器件、或数字器件替代，所述腔体用对应的异质材料替代。
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