CN203300633U

CN203300633U - 玻璃封接电子元器件的封装结构

Info

Publication number: CN203300633U
Application number: CN2013203444804U
Authority: CN
Inventors: 费建超
Original assignee: ZHEJIANG CHANGXING ELECTRONIC FACTORY CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG CHANGXING ELECTRONIC FACTORY CO Ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2023-06-17

Abstract

本实用新型涉及电子元器件封装结构，尤其是一种玻璃封接电子元器件的封装结构。该封装结构包括一金属基板，金属基板上设有封接孔，所述的封接孔中设有引线，引线与封接孔壁之间设有玻璃，所述的引线包括上部露出于金属基板和玻璃表面并贯穿封接孔的上引线部，上引线部为一柱形结构，所述的上引线部下方连接有下引线部，所述的上引线部直径大于下引线部。本实用新型的玻璃封接电子元器件的封装结构克服了国内同类电子元器件所表现的引线键合不稳定，玻璃裂纹、碎裂，气密性差，整体器件可靠性低的缺陷。与国外同类电子元器件相比较，本设计在一定程度上，应用于大功率封装外壳时，能做到引线通过电流加大，损耗更低的特点。

Description

玻璃封接电子元器件的封装结构

技术领域

本实用新型涉及电子元器件封装结构，尤其是一种玻璃封接电子元器件的封装结构。

背景技术

由于在芯片的使用时，芯片必须与外界环境隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降；另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。所以在芯片使用在电路板上时，一般情况必须对芯片进行封装。

封装，就是指把芯片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接，封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。

由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。

如图1和图2所示，现有的封装结构一般包括两种结构，也是现在国外和国内分别采用的较通用的封装结构。在图1所示的国外的封装结构中，包括一金属基板1，所述的金属基板1上的封接孔中设有穿过金属基板的变径引线2，变径引线2与金属基板1之间通过玻璃3封装；变径引线2包括上部21、中部22和下部23，上部21、中部22和下部23的直径逐级缩小；图2所示的国内的封装结构中，包括一金属基板4，所述的金属基板4的封接孔中设有穿过金属基板4的打头引线5，所述的打头引线5和金属基板4之间通过玻璃6封装，其中打头引线5包括上部51和下部52。由于封装对气密性的要求比较高，而上述的变径引线和打头引线在穿过玻璃时，如图1，国外变径引线作为一种比较合理的设计方式，能够保证产品的可靠性。但考虑到国内对此类引线的加工能力以及加工成本，经济适用性不高；如图2国内打头引线这种封装形式，玻璃烧结后与引线结合处抗机械冲击能力较差，容易造成玻璃碎裂或产生裂纹，影响封装的气密性，从而影响电子元器件使用的稳定性。

实用新型内容

本实用新型提供一种提高封装结构的稳定性，保证良好的封装气密性的玻璃封接电子元器件的封装结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

它包括一金属基板，金属基板上设有封接孔，所述的封接孔中设有引线，引线与封接孔壁之间设有玻璃，其改进在于：所述的引线包括上部露出于金属基板和玻璃表面并贯穿封接孔的上引线部，上引线部为一柱形结构，所述的上引线部下方连接有下引线部，所述的上引线部直径大于下引线部。

优选地，所述的下引线部与上引线部结合处边缘设有钎焊结合部。

优选地，所述的上引线部的直径大于或等于封接孔孔径的二分之一。

优选地，上引线部的材料是4J50合金，下引线部的材料是无氧铜，钎焊料的材料是银和铜的合金。

由于采用了上述方案，本实用新型的玻璃封接电子元器件的封装结构克服了国内同类电子元器件所表现的引线键合不稳定，玻璃裂纹、碎裂，气密性差，整体器件可靠性低的缺陷。与国外同类电子元器件相比较，本设计在一定程度上，应用于大功率封装外壳时，能做到引线通过电流加大，损耗更低的特点。

附图说明

图1是现有的变径引线封装结构示意图；

图2是现有的打头引线封装结构示意图；

图3是本实用新型的封装结构示意图；

图4是现有的打头引线封装结构键合缺陷结构示意图；

图5是现有的变径引线封装结构的键合面高度和玻璃封接部分引线直径标示图；

图6是现有的打头引线封装结构的键合面高度和玻璃封接部分引线直径标示图；

图7是本实施例封装结构的键合面高度和玻璃封接部分引线直径标示图；

图8是现有的变径引线封装结构玻璃与引线封接结合处与引线弯曲着力点示意图；

图9是现有的打头引线封装结构玻璃与引线封接结合处与引线弯曲着力点示意图；

图10是本实施例封装结构的玻璃与引线封接结合处与引线弯曲着力点示意图；

图11是现有的变径引线封装结构的玻璃封装部位的直径与高度标示图；

图12是现有的打头引线封装结构的玻璃封装部位的直径与高度标示图；

图13是本实施例封装结构的玻璃封装部位的直径与高度标示图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的玻璃封装电子元器件的封装结构包括一金属基板7，金属基板7上设有封接孔，所述的封接孔中设有引线8，引线8与封接孔壁之间设有玻璃9，所述的引线8包括上部露出于金属基板和玻璃表面并贯穿封接孔的上引线部81，上引线部81为一柱形结构，所述的上引线部81下方连接有下引线部82，所述的上引线部81直径大于下引线部82；所述的下引线部82与上引线部81结合处边缘设有钎焊结合部10；为了提高强度和性能，本实施例中所述的上引线部71的直径大于或等于封接孔孔径的二分之一。

以下对本实施例的封装结构与现有的封装结构的各种性能作比较分析：

首先，元器件的气密性是确保元器件内部气体的成份、压力，内部空腔的真空度不被改变。当器件密封性未能达到相应技术要求时，器件内部空腔的气体成份、压力、真空度等也就不会满足相应条件下的技术要求，影响器件正常工作甚至失效；确保外部恶劣环境气候对元器件内部芯片不被腐蚀。

玻璃封接过程中两种表现会影响元器件封装气密性：1、玻璃裂纹、2、玻璃碎裂；尤其是在引线键合时容易发生上述两个缺陷，无论是现有的封装结构还是本实施例的封装结构，引线键合是通过金丝或者硅铝丝使电子元器件封装外壳的芯片与引线连接，以建立芯片与外部的电气连接，确保芯片与外部输入/输出的畅通，是整个器件运行与工作的关键。

在电子元器件的封装过程中，特别是大功率封装外壳，需要直径100微米以上粗的硅铝丝建立芯片与引线之间连接时，在键合过程中，会对压焊面（引线顶部端面）产生较大的冲击力。若引线与玻璃封接处直径在1mm以下，键合时，冲击力会导致引线振动。

如图4所示，压焊面53在振动过程中发生位移或者倾斜，硅铝丝键合打滑，引线键合失效；玻璃与引线封接处在振动过程中会引起玻璃碎裂，器件慢性泄漏，气密性失效。

如图5-图7所示，引线键合时，影响引线振动引起的两种失效模式关键在于引线设计的两个尺寸：键合端面的厚（高）度，图示中尺寸h21、h51、h81；与玻璃封接的引线部分直径，图示中尺寸d22、d52、d81。

由图可知，三种封接结构中，h81> h21> h51； d81> d22> d52，而h、d值越大，在键合时引线越稳定，不会上下，左右振动，能确保元器件的引线键合与气密性。

所以在产品实际应用过程中，变径引线封装结构和本实施例的封装结构不会出现引线键合时的两种失效模式，而打头引线封装结构却无法避免；而从压力封接的设计原理来说，本实施例的封装结构在封接后引线、玻璃与基材三者之间的应力更加平衡，更符合设计原则。

以下对三种封接形式关于电子元器件引线疲劳测试的对比：

元器件的玻璃封接外引线需要做弯曲90度的引线疲劳测试，若玻璃与引线封接处的玻璃出现裂纹或者碎裂，则封接强度不够，影响元器件的气密性。

如图8-10所示，图中h1、h2、h3为玻璃封接部位下端距离弯折着力点的距离，其中，h2=0，图中未示出，p1、p2、p3为弯折着力点。

图8中为变径引线的疲劳测试结构图，d22>d23，中部22部分与玻璃进行封接，引线弯曲测试时着力点在中部22与下部23的结合处p1，距离引线和玻璃封接处保留h1的距离。所以此类封接形式在引线疲劳测试过程中，玻璃封接处不会产生玻璃裂纹和碎裂，能确保电子元器件的气密性。

如图9所示的打头引线的疲劳测试结构图，将外引线向左弯曲90度，引线弯曲测试时着力点直接作用在引线和玻璃的结合处p2，封接玻璃的特性表现为不抗拉，图示右侧玻璃与引线结合处会产生裂纹与碎裂。所以国内其他封接形式的产品在引线疲劳测试过程中，无法避免玻璃的裂纹与碎裂。

如图10所示，本实施例与玻璃封接的引线由两端引线钎焊结合而成。将外引线向左弯曲90度，引线弯曲测试时着力点作用在两端引线钎焊的结合处p3，并不直接作用在玻璃与引线封接处，玻璃与引线结合处不会产生裂纹与碎裂。与变径引线相同，本实施例的封装结构在做引线疲劳测试或者在实际应用过程中，对引线施加外力不会使玻璃产生裂纹。

另外，在电子元器件压力封接中，引线与玻璃的封接面积在设计上主要体现在引线对玻璃实际封接部分的直径和玻璃对引线有效封接部分的高度。

如图11-13所示，d22、d52、d81表示引线实际封接部分的直径，h4、h5、h6表示玻璃有效封接部分的高度。

有效封接面积：S=2πd/2·h

由于d81> d22> d52，根据计算结果可知，设计的结构玻璃与引线的有效封接面积最大，封接面积越大，承受外力破坏的能力越高，对器件内腔电路，芯片的保护更加可靠。

电子元器件封装外壳对引线通过电流大小，有相应的要求。特别是大功率的封装外壳，需要导线有大电流，低损耗的设计特点，而影响电流大小的参数有：导线橫截面积、导线长度，导线材料（电阻率）。所以在对电子元器件玻璃封接引线设计时，应尽可能采用大横截面，短线，低电阻率的材料。现今电子元器件压力封接设计，与玻璃直接封接的引线材料基本采用4J50合金（铜不能作为引线与玻璃直接封接）。

现有的变径引线采用的是4J50合金材料，采用冲压加工成一体三变径的引线。上示图中可以看出引线上部21、中部22和下部23从上至下逐渐变细；但是这种变径引线冲压成型的工艺，国内工厂不具备，若是采用车加工的方式生产三段变径引线，对于电子元器件的生产和工艺来说，失去了经济性和实用性。

国内普遍采用的打头引线结构采用的是4J50合金材料，冲制成型的引线简单方便，但是从前文分析，这种规格的引线无论是在器件的键合还是气密性方面，都不可靠。

本实施例中的封装结构中，引线分成上引线部81、下引线部82，整体通过银铜合金钎焊料焊接而成。上引线部81的材料是4J50，下引线部82的材料是无氧铜，钎焊料的材料是银和铜的合金。

从选用的材料（电阻率）上分析，由于电阻率在（20℃度常温下）：

银：1.6x10^-8 Ω·m

铜：1.75x10^-8 Ω·m

4J50：45.5 x10^-8 Ω·m

所以，银<铜<4J50所以，综合3种封接结构，本实施例的引线综合电阻率最小。

而且从附图中可以看出，在列举的多种封装结构中，本实施例的封装结构的引线在橫截面积大于比较产品，所以引线具有大横截面，低电阻，通过电流量最大的特点。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1. 玻璃封接电子元器件的封装结构，包括一金属基板，金属基板上设有封接孔，所述的封接孔中设有引线，引线与封接孔壁之间设有玻璃，其特征在于：所述的引线包括上部露出于金属基板和玻璃表面并贯穿封接孔的上引线部，上引线部为一柱形结构，所述的上引线部下方连接有下引线部，所述的上引线部直径大于下引线部。

2. 如权利要求1所述的玻璃封接电子元器件的封装结构，其特征在于：所述的下引线部与上引线部结合处边缘设有钎焊结合部。

3. 如权利要求2所述的玻璃封接电子元器件的封装结构，其特征在于：所述的上引线部的直径大于或等于封接孔孔径的二分之一。

4. 如权利要求3所述的玻璃封接电子元器件的封装结构，其特征在于：上引线部的材料是4J50合金，下引线部的材料是无氧铜，钎焊料的材料是银和铜的合金。