CN112993745B - 一种提升to封装气密性的管脚结构及烧结方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提升TO封装气密性的管脚结构及烧结方法，属于半导体激光器技术领域，管脚结构包括底座管盘和管脚引线，底座管盘设有贯穿孔，贯穿孔内表壁设有纹路较多的图案，管脚引线一端穿过贯穿孔焊接在底座管盘上。本发明取代了传统的成品绝缘子焊接方案，减少了绝缘子贴片焊接的工序，避免了二次烧结影响气密性的隐患，且结构简单，实施方便，可在现有的管脚结构工艺上进行大规模改进，满足市场需求。

Description

一种提升TO封装气密性的管脚结构及烧结方法
技术领域
本发明涉及一种提升TO封装气密性的管脚结构及烧结方法，属于半导体激光器技术领域。
背景技术
经过几十年的发展，半导体激光器越来越被社会所熟悉，由于其本身具有体积小、重量轻、电光转换效率高、寿命长和可靠性高等优点，已在通讯、医疗、显示、工业制作和安防等领域逐渐取代了气体和固体激光器的使用，其应用范围也在逐步扩展。半导体激光器也从低端应用市场逐步向医疗国防等高端市场迈进，因此过去仅对半导体激光器工作时的功率光斑等宽泛的条件，逐步向产品高度一致性，性能可重复性高的严格标准，这对半导体封装所用材料提出更高的要求。
半导体激光器封装工艺流程中，常见的TO封装形式中管帽的保护结构，可对LD芯片形成良好保护，在一些高端市场及通信行业，激光器工作环境要求气密性，由于TO封装形式的要求，TO管座的管脚引线需要和底座管盘形成良好绝缘，目前行业常规技术手段是采用成品绝缘子和底座管盘进行焊料贴片焊接，其中成品的绝缘子由管脚引线，绝缘材质，和外圈的金属环构成，金属环通过焊接与底座管盘导通，其成本偏高，贴片焊接的良率问题还会导致此管脚引线的电气性能降低，最重要的是通过金属环导通底座管盘与管脚引线需要经过二次焊接，气密性将大幅度降低。
中国专利文件(公开号：CN204497565U)公开了一种优化PD反光干扰的半导体激光器用管座，包括主体、管舌、管脚、PD定位槽和接线柱，管舌、PD定位槽和接线柱设置在主体的上端面，主体的下端面连接有管脚，PD定位槽的底面相对主体上端面倾斜，倾斜方向与管舌平行，朝向接线柱。该装置采用常规的TO封装，满足一般的气密性要求，无法满足高端市场的需求。
要求气密性使用的TO器件应用不断增加，常规非气密性要求的封装工艺无法满足高端市场需求，有鉴于此，研发一款成本低廉、兼容非气密要求的工艺即可实现良好管脚引线气密性的装置是十分有必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种提升TO封装气密性的管脚结构及烧结方法，其成本低廉、普适性强，满足TO封装的气密性要求。
本发明的技术方案如下：
一种提升TO封装气密性的管脚结构，包括底座管盘和管脚引线，底座管盘设有贯穿孔，管脚引线一端穿过贯穿孔焊接在底座管盘上。
优选的，贯穿孔内表壁设有纹路较多的图案，通过图案增加焊接接触面积。
进一步优选的，贯穿孔内表壁设有的图案为螺纹。
优选的，管脚引线在与贯穿孔连接的外表面设有螺纹，通过螺纹增加焊接接触面积，根据气密性要求选择合适的螺距与槽深。
优选的，采用绝缘气密性焊料对贯穿孔与管脚引线进行焊接，进行绝缘密封。
进一步优选的，绝缘气密性焊料选用电工陶瓷、钢化玻璃或玻璃纤维树脂中的一种。
优选的，底座管盘上还设有焊接孔，至少一只管脚引线贯穿底座管盘，具体数目根据需求而定，其它的管脚引线焊接在底座管盘的焊接孔处、不穿过底座管盘。
一种提升TO封装气密性的管脚结构，其烧结方法如下：
步骤1：将烧结所用材料均进行预热处理，绝缘焊料在100℃烘烤2小时以上进行除湿，管脚引线和底座管盘在1000℃氢气保护下退火1小时，除表面油类杂质，自然冷却至60℃以下，然后将底座管盘在上料设备上安置就位后，上料设备将底座管盘移栽至加工区域；
步骤2：将管脚引线移栽至底座管盘的贯穿孔内，同时，绝缘焊料放置于管脚引线与贯穿孔之间，加工区域固定底座管盘的模块开始加热并施加氮气氛围保护金属，温度加热至所选绝缘焊料所需的工艺温度然后进行焊接；
步骤3：完成焊接烧结后将管脚结构降温冷却至80℃以下，然后移栽至收纳区域。
本发明的有益效果在于：
1、本发明取代了传统的成品绝缘子焊接方案，减少了绝缘子贴片焊接的工序，避免了二次烧结影响气密性的隐患，且结构简单，实施方便，可在现有的管脚结构工艺上进行大规模改进，满足市场需求。
2、本发明通过绝缘焊料形成有效烧结，带螺纹的孔径内侧和管脚引线外侧通过焊接完成烧结与绝缘，通过带螺纹的微结构，形成数倍的有效焊接面积，提速TO管座气密性。
附图说明
图1为本发明的底座管盘带有管脚引线面的俯瞰示意图
图2为本发明的底座管盘贯穿孔与管脚引线的螺纹微结构示意图
图3为本发明的底座管盘贯穿孔与管脚引线的烧结结构示意图
图4为本发明的底座管盘整体安装主视图
图5为本发明的底座管盘整体安装立体图
其中，1、底座管盘；2、贯穿孔；3、管脚引线；4、焊接孔。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1-5所示，本实施例提供一种提升TO封装气密性的管脚结构，包括底座管盘1和管脚引线3，底座管盘1设有贯穿孔2，管脚引线3一端穿过贯穿孔2焊接在底座管盘上，贯穿孔2内表壁设有纹路较多的图案，通过图案增加焊接接触面积，采用绝缘气密性焊料玻璃纤维树脂对贯穿孔与管脚引线进行焊接，进行绝缘密封。
实施例2：
一种提升TO封装气密性的管脚结构，结构如实施例1所述，不同之处在于，贯穿孔2内表壁设有的图案为螺纹，管脚引线3在与贯穿孔2连接的外表面设有螺纹，通过螺纹增加焊接接触面积。
实施例3：
一种提升TO封装气密性的管脚结构，结构如实施例1所述，不同之处在于，底座管盘1上还设有焊接孔4，一只管脚引线3贯穿底座管盘1，其它的管脚引线焊接在底座管盘1的焊接孔4处，不穿过底座管盘1。
实施例4：
一种提升TO封装气密性的管脚结构，结构如实施例1所述，不同之处在于，绝缘气密性焊料选用电工陶瓷。
实施例5：
一种提升TO封装气密性的管脚结构，结构如实施例1所述，不同之处在于，绝缘气密性焊料选用钢化玻璃。
实施例6：
一种如实施例2所述的提升TO封装气密性的管脚结构，其烧结方法如下：
步骤1：将烧结所用材料均进行预热处理，绝缘焊料玻璃纤维树脂在100℃烘烤2小时以上进行除湿，管脚引线3和底座管盘1在1000℃氢气保护下退火1小时，除表面油类杂质，自然冷却至60℃以下，然后将底座管盘1在上料设备上安置就位后，上料设备将底座管盘移栽至加工区域；
步骤2：将管脚引线3移栽至底座管盘1的贯穿孔2内，同时，绝缘焊料玻璃纤维树脂放置于管脚引线3与贯穿孔2之间，加工区域固定底座管盘1的模块开始加热并施加氮气氛围保护金属，温度加热至220℃然后进行焊接；
步骤3：完成焊接烧结后将管脚结构降温冷却至80℃以下，然后移栽至收纳区域。
表1：本实施例烧结的管脚结构与常规管脚结构的检测数据对比
烧结面积 油封测漏气压 千只器件漏气率
本实施例管脚结构 7.536mm<sup>2</sup> 0.3Mpa 1/1000
常规管脚结构 3.768mm<sup>2</sup> 0.1Mpa 39/1000
由表1可知，本实施例烧结的管脚结构性能远高于常规管脚结构。

Claims (4)

1.一种提升TO封装气密性的管脚结构，其特征在于，包括底座管盘和管脚引线，底座管盘设有贯穿孔，贯穿孔内表壁设有纹路较多的图案，管脚引线一端穿过贯穿孔焊接在底座管盘上；
贯穿孔内表壁设有的图案为螺纹；
管脚引线在与贯穿孔连接的外表面设有螺纹；
采用绝缘气密性焊料对贯穿孔与管脚引线进行焊接。
2.如权利要求1所述的提升TO封装气密性的管脚结构，其特征在于，绝缘气密性焊料选用电工陶瓷、钢化玻璃或玻璃纤维树脂中的一种。
3.如权利要求1所述的提升TO封装气密性的管脚结构，其特征在于，底座管盘上还设有焊接孔，至少一只管脚引线贯穿底座管盘，其它的管脚引线焊接在底座管盘的焊接孔处、不穿过底座管盘。
4.如权利要求1所述的一种提升TO封装气密性的管脚结构的烧结方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：将烧结所用材料均进行预热处理，绝缘焊料在100℃烘烤2小时以上进行除湿，管脚引线和底座管盘在1000℃氢气保护下退火1小时，除表面油类杂质，自然冷却至60℃以下，然后将底座管盘在上料设备上安置就位后，上料设备将底座管盘移栽至加工区域；
步骤2：将管脚引线移栽至底座管盘的贯穿孔内，同时，绝缘焊料放置于管脚引线与贯穿孔之间，加工区域固定底座管盘的模块开始加热并施加氮气氛围保护金属，温度加热至所选绝缘焊料所需的工艺温度然后进行焊接；
步骤3：完成焊接烧结后将管脚结构降温冷却至80℃以下，然后移栽至收纳区域。
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