CN114447656B - 一种接触元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接触元件。所述接触元件包括支撑部，所述支撑部具有第一接触面，所述第一接触面具有第一接触区域和第二接触区域，所述第二接触区域环绕第一接触区域设置，所述第一接触区域的周向上间隔设置有两个以上的第一连接板，所述第二接触区域的周向上间隔设置有两个以上的第二连接板，所述第一连接板、第二连接板在所述第一接触面的径向上交错分布，且所述第一接触面的边缘间隔分布有两个以上的凹槽结构，所述凹槽结构位于相邻的两个第二连接板之间。本发明提供的接触元件能够有效地抑制焊料裂纹扩展，并能够提高接触强度。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种接触元件，属于半导体器件技术领域。
背景技术
功率器件是采用半导体生产工艺制作的用于实现电器电能变换和电路控制的电子器件，主要应用在家用电器、电子计算机、工业制造和汽车电子等领域。功率器件通常具有金属化的电路载体，其必须导电的连接至一些特定的元件，例如驱动元件。为此使用的连接技术要求生产简单且成本低廉，另外要在机械应力和振动的环境下能够具有足够的长期稳定性。
现有的用于实现功率器件与其他元件连接的接触元件如图1所示，其以焊接方式与功率器件形成稳定的电接触与机械连接。然而其焊接面4′上仅具有单层连接板7′，焊料所形成的焊接层与目前的接触元件机械连接强度不够，对垂直于元件轴向的作用力的抵抗能力较弱。另外接触元件与功率半导体模块之间使用焊料焊接的部位在工作时容易产生裂纹，且裂纹能够迅速扩展至整个接触面，导致接触元件与功率器件脱离。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种接触元件，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种接触元件，其包括支撑部，所述支撑部具有第一接触面，所述第一接触面具有第一接触区域和第二接触区域，所述第二接触区域环绕第一接触区域设置，所述第一接触区域的周向上间隔设置有两个以上的第一连接板，所述第二接触区域的周向上间隔设置有两个以上的第二连接板，且所述第一接触面的边缘间隔分布有两个以上的凹槽结构，所述凹槽结构位于相邻的两个第二连接板之间。
进一步的，每一所述第二连接板在所述第一接触面的径向上的投影与相邻两个第一连接板在所述第一接触面的径向上的投影均部分交叠。
进一步的，所述第一连接板、第二连接板均沿与所述第一接触面的径向成大于0度且小于180度夹角的方向延伸，并且所述第一连接板、第二连接板均具有靠近所述第一接触面的中心轴线的内端部和远离所述中心轴线的外端部，其中，两个以上所述第一连接板的内端部的连接线形成环绕所述中心轴线的第一圆形，两个以上所述第一连接板的外端部的连接线形成环绕所述中心轴线的第二圆形，两个以上所述第二连接板的内端部的连接线形成环绕所述中心轴线的第三圆形，两个以上所述第二连接板的外端部的连接线形成环绕所述中心轴线的第四圆形。
在一些实施方式中，所述第一连接板、第二连接板均沿与所述第一接触面的径向成大于60度且小于120度夹角的方向延伸。
进一步的，一个第二连接板的内端部与相配合的一个第一连接板的外端部的最小距离小于该第一连接板的内端部与另一个第二连接板的外端部的最小距离。
进一步的，所述第一连接板、第二连接板均具有弧形结构。
进一步的，所述第一连接板、第二连接板相对于所述第一接触面的垂直高度为2～250μm。
进一步的，所述第一连接板与所述第二连接板的数量相同。
进一步的，所述支撑部还具有第二接触面，所述第二接触面与第一接触面相对设置，且所述第二接触面具有与所述第一接触面相同的表面结构。
进一步的，所述支撑部具有第一端和与第一端相对的第二端，所述第一端具有第一凸缘，所述第二端具有第二凸缘，所述第一凸缘具有所述第一接触面，所述第二凸缘具有所述第二接触面。
进一步的，所述凹槽结构沿厚度方向贯穿所述第一凸缘、第二凸缘。
在一些实施方式中，所述支撑部为圆柱管，所述第一凸缘、第二凸缘分别设置于所述圆柱管的两端，且所述第一凸缘、第二凸缘上分别具有与所述圆柱管连通的通孔。
进一步的，所述第一凸缘、第二凸缘的外直径大于或等于所述圆柱管的外直径。
进一步的，所述圆柱管的内直径大于或等于所述第一圆形的直径。
进一步的，所述凹槽结构的形状包括半圆形，半椭圆形，锯齿形。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1)通过在接触元件的接触面边缘形成凹槽结构，有利于焊料向上爬升并包裹住接触元件的凸缘，进而加强接触强度。
2)通过在接触元件的接触面上形成双层连接板，能够有效地抑制焊料裂纹扩展，同时能够增大焊料接触面积，进一步加强接触强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的一种接触元件的结构示意图；
图2是本发明一典型实施例提供的一种接触元件的结构示意图；
图3是本发明一典型实施例提供的一种接触元件的正视图；
图4是本发明一典型实施例提供的一种接触元件纵向剖面图；
图5是本发明一典型实施例提供的一种接触元件的俯视图；
图6是本发明一典型实施例提供的一种接触元件与功率器件连接的结构示意图；
图7是本发明一典型典型实施例提供的一种接触元件与功率器件连接处的剖视图；
图8是本发明一典型实施例提供的一种接触元件在与功率器件连接时裂纹扩展路径的示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，如下将结合附图及具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2-5，一种接触元件，其包括圆柱管1，所述圆柱管1具有第一端和与第一端相对的第二端，所述第一端具有第一凸缘2，所述第二端具有第二凸缘3，所述第一凸缘2和第二凸缘3上分别具有与所述圆柱管1连通的通孔，且所述通孔的直径与所述圆柱管1的内直径D1相同，所述第一凸缘2和第二凸缘3的外直径D3大于所述圆柱管1的外直径D2。
本实施例中的接触元件内部实施为空心结构，一方面可以容纳多余焊料，另一方面有利于接触销插入该接触元件中。
具体的，所述第一凸缘2具有第一接触面4，该第一接触面4为所述接触元件与功率器件通过焊料进行焊接的面，所述第二凸缘3具有第二接触面5，该第二接触面5为所述接触元件与其他的元件，如驱动元件等通过焊料进行焊接的面。
其中，所述第二接触面5具有与第一接触面4相同的表面结构，下面将以第一接触面4为例进行说明。
请再次参阅图3，所述第一接触面4上具有第一接触区域和第二连接区域，所述第一接触区域环绕所述第一凸缘2上的通孔设置，而所述第二接触区域环绕第一接触区域设置，其中，所述第一接触区域的周向上间隔分布有三个弧形的第一连接板6，所述第二接触区域的周向上间隔分布有三个弧形的第二连接板7，所述第一连接板6和第二连接板7在所述第一接触面4的径向交错分布，即一个第二连接板7分布于两个相邻的第一连接板6的空隙处，且每一所述第二连接板7在所述第一接触面4的径向上的投影与相邻两个第一连接板6在所述第一接触面的径向上的投影均部分交叠。且所述第一接触面4的边缘间隔分布有三个半圆形的凹槽结构14，每一凹槽结构14均位于两个相邻的第二连接板7之间并与第二连接板7无接触，且凹槽结构14沿厚度方向贯穿第一凸缘2。
具体的，所述第一连接板6、第二连接板7均沿与所述第一接触面4的径向成大于60度且小于120度夹角的方向延伸，并且第一连接板6具有靠近所述第一接触面4的中心轴线12(即圆柱管1的中心轴线)的内端8和远离所述中心轴线12的外端9、第二连接板7具有靠近所述第一接触面4的中心轴线12的内端10和远离所述中心轴线12的外端11，其中，三个第一连接板6的内端8的连接线形成环绕所述中心轴线12的第一圆形，外端9的连接线形成环绕所述中心轴线12的第二圆形，三个第二连接板的内端10的连接线形成环绕所述中心轴线12的第三圆形，三个第二连接板7的外端11的连接线形成环绕所述中心轴线12的第四圆形。
并且，一个第一连接板6的外端部与相配合的一个第二连接板7的内端部在第一接触面4的径向的最小距离小于该第一连接板6的内端部与另一个第二连接板7的外端部在第一接触面4的径向的最小距离。其中，第一连接板6的外端部指的是第一连接板6从外端9向内端8延伸的一段，第一连接板6的内端部指的是第一连接板6从内端8向外端9延伸的一段，第二连接板7的内端部指的是第二连接板7从内端10向外端11延伸的一段，第二连接板7的外端部指的是第二连接板7从外端11向内端11延伸的一段。
可以理解的是，第一圆形的直径2*r1是小于第二圆形的直径2*r2的，第三圆形的直径2*r3是小于第四圆形的直径2*r4的。
并且，本实施例中，第一圆形的直径2*r1还小于第三圆形的直径2*r3，第二圆形的直径2*r2还小于第四圆形的直径2*r4。
以及，半圆形的凹槽结构14沿所述第一接触面4径向方向的尺寸(该尺寸可以理解为半圆形的半径)小于第一接触面4所在圆形的半径与第二圆形的半径r2的差值。
需要说明的是，本实施例中未对第二圆形的直径2*r2和第三圆形的直径2*r3之间的大小关系做限定，根据实际情况，第二圆形的直径2*r2可以略大于第三圆形的直径2*r3，也可以略小于第三圆形的直径2*r3。
此外，在本实施例中，还具有如下大小关系，即：第一圆形的直径2*r1大于或等于圆柱管1的内直径D1，第四圆形的直径2*r4小于或等于第一凸缘2的外直径D3，以保证第一连接板6、第二连接板7均不会超出第一接触面4的范围。
具体的，在本实施例中，第一圆形的直径2*rl可以为0.5～4.5mm，第二圆形的直径2*r2可以为0.6～4.5mm，第三圆形的直径2*r3可以为0.7～5mm，第四圆形的直径2*r4可以为0.8～5mm，圆柱管1的内直径D1可以为0.5～2mm，圆柱管1的外直径D2可以为2～4mm，第一凸缘2的外直径D3可以为2～5mm。
以及，第一连接板6和第二连接板7相对于第一接触面4具有2～250μm垂直高度。
需要说明的是，本实施例中的以上各参数范围仅作为本发明的一种实施方案，根据实际工作情况，也可以将其设定为其他数值。
接下来，请参阅图6，其示出了本实施例中的接触元件与功率器件连接的情况，具体的，所述接触元件的一端通过第一凸缘2上的第一接触面4经焊料15与功率器件的金属载体13焊接固定并实现电连接，另一端通过第二凸缘3上的第二接触面5与驱动元件等其他元件(未在图6中示出)经焊料15焊接固定并实现电连接，进而实现功率器件与驱动元件等其他元件的电连接。
具体的，因第一连接板6和第二连接板7相对于第一接触面4具有一定的垂直高度，可以理解为第一连接板6与其内侧的金属载体13和第一接触面4之间形成容纳焊料的第一接触空间，而第一连接板6、第二连接板7与他们之间的金属载体13和第一接触面4形成容纳焊料的第二接触空间，且第一接触空间和第二接触空间通过相邻第一连接板6之间的空隙区域相连接，两层接触空间能够在一定程度上隔开焊料层，抑制焊料层裂纹的扩展。
接下来，请参阅图7，其示出了本实施例中的接触元件与功率器件连接处的剖视图，具体的，第一凸缘2的第一接触面4经焊料15与金属载体13连接时，焊料15将会在凹槽结构14处向上爬升，形成特殊形状的结构16，该结构16将从侧面包裹住接触元件的第一凸缘2，可增强接触强度。
进一步的，请参阅图8，为本实施例中的接触元件以第一接触面4通过焊料与器件连接时焊料裂纹扩展的示意图，当裂纹在两个相邻的第二连接板7之间的B点萌生时，其将逐渐沿第一接触面4的径向向内扩展，直至抵达第一连接板6上的C点处，之后，由于第一连接板6的阻挡，裂纹无法继续向内扩展，其只能沿着第一连接板6的外侧向第一连接板6的延伸方向扩展，从C点到D点再到E点，之后继续沿第一接触面4的径向向内扩展，直至抵达F点后将第一接触面4上的焊料完全贯穿，此时接触元件与功率器件的金属载体13脱离接触，产品失效。
如上所述，与如图1所示的现有技术中的接触元件相比，本实施例中的接触元件由于具有内外两层连接板，其延长了裂纹的扩展路径，加大了裂纹向内扩展的难度，能够有效抑制裂纹向内生长，进而提升可功率器件的可靠性。
同时，采用内外两层连接板，可以加大焊料与接触元件的接触面积，可增强连接强度。
此外，凹槽结构有利于焊料向上爬升，进而从侧面包裹住接触元件的凸缘，进一步提高接触强度。
应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种接触元件，其特征在于包括支撑部，所述支撑部具有第一接触面，所述第一接触面具有第一接触区域和第二接触区域，所述第二接触区域环绕第一接触区域设置，所述第一接触区域的周向上间隔设置有两个以上的第一连接板，所述第二接触区域的周向上间隔设置有两个以上的第二连接板，所述第一连接板、第二连接板在所述第一接触面的径向上交错分布，并且每一所述第二连接板在所述第一接触面的径向上的投影与相邻两个第一连接板在所述第一接触面的径向上的投影均部分交叠，所述第一连接板、第二连接板均沿与所述第一接触面的径向成大于0度且小于180度夹角的方向延伸，并且所述第一连接板、第二连接板均具有靠近所述第一接触面的中心轴线的内端和远离所述中心轴线的外端，其中，两个以上所述第一连接板的内端的连接线形成环绕所述中心轴线的第一圆形，两个以上所述第一连接板的外端的连接线形成环绕所述中心轴线的第二圆形，两个以上所述第二连接板的内端的连接线形成环绕所述中心轴线的第三圆形，两个以上所述第二连接板的外端的连接线形成环绕所述中心轴线的第四圆形，以及，所述第一接触面的边缘间隔分布有两个以上的凹槽结构，所述凹槽结构位于相邻的两个第二连接板之间。
2.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于：所述第一连接板、第二连接板均沿与所述第一接触面的径向成大于60度且小于120度夹角的方向延伸。
3.根据权利要求2所述的接触元件，其特征在于：一个第二连接板的内端部与相配合的一个第一连接板的外端部的最小距离小于该第一连接板的内端部与另一个第二连接板的外端部的最小距离。
4.根据权利要求3所述的接触元件，其特征在于：所述第一连接板、第二连接板均具有弧形结构。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的接触元件，其特征在于：所述第一连接板、第二连接板相对于所述第一接触面的垂直高度为2~250µm。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的接触元件，其特征在于：所述第一连接板与所述第二连接板的数量相同。
7.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于：所述支撑部还具有第二接触面，所述第二接触面与第一接触面相对设置，且所述第二接触面具有与所述第一接触面相同的表面结构。
8.根据权利要求7所述的接触元件，其特征在于：所述支撑部具有第一端和与第一端相对的第二端，所述第一端具有第一凸缘，所述第二端具有第二凸缘，所述第一凸缘具有所述第一接触面，所述第二凸缘具有所述第二接触面。
9.根据权利要求8所述的接触元件，其特征在于：所述凹槽结构沿厚度方向贯穿所述第一凸缘、第二凸缘。
10.根据权利要求8所述的接触元件，其特征在于：所述支撑部为圆柱管，所述第一凸缘、第二凸缘分别设置于所述圆柱管的两端，且所述第一凸缘、第二凸缘上分别具有与所述圆柱管连通的通孔。
11.根据权利要求10所述的接触元件，其特征在于：所述第一凸缘、第二凸缘的外直径大于或等于所述圆柱管的外直径。
12.根据权利要求10所述的接触元件，其特征在于：所述圆柱管的内直径大于或等于所述第一圆形的直径。
13.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于：所述凹槽结构的形状包括半圆形，半椭圆形或锯齿形。
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 215000 10-1f, creative industry park, 328 Xinghu street, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province Applicant after: Suzhou Huatai Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: 215000 10-1f, creative industry park, 328 Xinghu street, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province Applicant before: SUZHOU HUATAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |