高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器及制备方法与流程

    技术2026-08-21  11


    本发明涉及电子封装,具体涉及一种高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器及制备方法。


    背景技术:

    1、随着封装技术的发展,对电子装备的要求大幅提升,电子装备正在向小型化、集成化、高导热、高可靠方向发展。传统的可伐材料外壳热导率不能满足要求,可伐连接器与铝合金的常规非气密封装也不能满足气密封装的高可靠要求。系统集成化要求对电源的总功率要求更高,需要更多引线实现更高电流输入并实现多路电路控制,引线间距需要更低,承载电流更高。可伐材料可以实现低间距的气密封装,但与常规高导热材料热失配大难以实现整体密封。

    2、目前微间距可伐(热膨胀系数4.5ppm)连接器与高导热的铝硅(热膨胀系数12ppm)、10#钢(热膨胀系数13.5ppm)不锈钢(热膨胀系数17ppm)、无氧铜材料(热膨胀系数17ppm)、铝合金(热膨胀系数23ppm)存在较大的热膨胀系数的失配,金锡或铅锡焊接使玻璃和焊料受到较大的热应力,在温循和热冲击等环境作用下导致玻璃和焊料的封接处气密失效。特别是多芯连接器端头采用铣加工平面造成玻璃受力形成潜在微裂纹,二次回炉进一步降低了封接的气密性。

    3、常规的大尺寸微间距多芯连接器,因行业内已定型,本身结构中玻璃间金属的壁厚已做到可伐匹配熔封结构的极限,压力熔封原理是靠一定厚度的金属材料,利用热膨胀系数外大于内造成的压力实现密封,但材料薄难以实现本身的气密。因此,目前可伐类微间距连接器与高导热高热膨胀系数的铝硅、10#钢、无氧铜、不锈钢、铝合金的焊接(铅锡或金锡)气密性成为行业内的难题,严重制约了我国军工产品的换代升级。


    技术实现思路

    1、为解决上述技术问题,本发明的目的之一在于提供一种高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器。

    2、本发明采用了以下技术方案:

    3、高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,包括可伐底板、引线和熔封玻璃,所述可伐底板内设置熔封孔,并通过熔封玻璃将引线固定在所述熔封孔内,所述可伐底板的周侧一体式设置有飞边,所述飞边呈扁平状,所述飞边与可伐底板形成的环形缺口部设置过渡环,且所述过渡环的外边缘超出所述飞边的外边缘设定距离,所述设定距离为0~0.1mm但不为0;所述引线的键合互连端的横截面设置为半圆形、半椭圆形或矩形。

    4、优选的,所述过渡环选择热膨胀系数与微距连接器外壳的热膨胀系数差值小于30%的材质。

    5、优选的,所述飞边的上表面与所述可伐底板的上表面平齐,或所述飞边的下表面与所述可伐底板的下表面平齐。

    6、优选的,采用平行缝焊工艺连接所述飞边和过渡环时,所述飞边为薄飞边,薄飞边厚度在0.07~0.18mm之间。

    7、优选的,采用激光焊工艺连接所述飞边和过渡环时,所述飞边为厚飞边,厚飞边厚度在0.3~1.0mm之间。

    8、优选的,所述引线的插接端使用压扁模具压制成型。

    9、优选的,所述压扁模具包括配合使用的定位模具和压块,所述压块的底面为平整面,所述定位模具的上表面设置有压槽,将所述引线的键合互连端放置在压槽内,通过所述压块的底面向所述引线的键合互连端均匀施力,得到压制成型的所述引线。

    10、优选的,所述压槽的高度与设定的引线键合互连端形状相适配,所述压槽的数量和设置间距与所述多芯微距连接器中设置在同一横排的引线数量以及间距对应设置。

    11、优选的,所述压块的底面和压槽内表面的粗糙度小于0.8μm。

    12、本发明的目的之二在于提供一种如上所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器的制备方法,包括以下步骤:

    13、s1.根据设计形状,加工出带飞边的可伐底板;

    14、s2.将可伐底板、引线和熔封玻璃装配在一起后,进行高温匹配熔封,得到装配体;

    15、s3.使用压扁模具加工引线的键合互连端;

    16、s4.使用平行封焊或激光焊将过渡环装配到可伐底板上,得到所需的多芯微距连接器。

    17、优选的,步骤s4中,当选择平行封焊时,先对步骤s3的装配体进行整体电镀镍金,再进行焊接;当选择激光焊时,对步骤s3的装配体仅进行电镀镍或不镀,焊接后再整体电镀镍金。

    18、优选的,当选择平行封焊时,所述飞边厚度在0.07~0.18mm之间;当选择激光焊时,所述飞边厚度在0.3~1.0mm之间。

    19、优选的,所述压扁模具包括配合使用的定位模具和压块,所述压块的底面为平整面,所述定位模具的上表面设置有压槽,将所述引线的键合互连端放置在压槽内,通过所述压块的底面向所述引线的插接端均匀施力,得到压制成型的所述引线。

    20、本发明的有益效果在于:

    21、1)如图1所示,现有技术中微距连接器为一体式设置,这种设计方式下与外壳(外壳可以为常规高热膨胀系数铝硅、10#钢、无氧铜、不锈钢、铝合金等材质)连接时,容易因热膨胀系数相差较大,在焊接过程中产生较大热应力,使玻璃体拉裂导致产品气密性不良,甚至开裂脱落。

    22、本发明采用两体结构,在现有可伐底板基础上增加一个与外壳材料热膨胀系数相近的材料制备的过渡环,形成可伐组合体。过渡环作为焊接适配部分,可根据外壳材料选择可伐、冷轧钢或不锈钢(分别实现与可伐、铝硅、10#钢、无氧铜、不锈钢、铝合金的焊接适配)实现接近同种材料的无应力适配,或异种材料的低应力适配(例如可以将热膨胀系数差值从目前可伐(4.5)与铝(23)的18.5,改成不锈钢(17)与铝(23)的6.0,实现微距连接器与外壳的可靠连接。

    23、2)过渡环与可伐底板的连接可选择平行缝焊或激光焊技术,平行缝焊或激光焊工艺为瞬时焊接,热影响区域小,时间短,能极大降低两者之间的焊接应力。而传统的焊料钎焊工艺需要整体加热,热积累时间长,对不同材料之间的热影响大,增加材料之间的热应力,降低可靠性。

    24、3)如图2所示,现有技术中引线加工采用磨削或两面压扁技术,磨削技术中,常规可伐一体结构部分进行夹持或强力磁盘吸附,引线端头采用磨头进行磨削,进给量约0.001mm,因在端头施力,在杠杆力作用下极小的力也会造成引线根部玻璃裂纹,降低玻璃密封的可靠性;同时磨削的毛刺需用人工去除,最后清洗后二次回烧,二次回炉熔封会破坏两者结合力进一步降低玻璃密封的可靠性的问题,后续除毛刺不仅效率低下且成本高;两面压扁技术中,两面压扁会造成扁头过于扁平,压制后的插接端远大于原有尺寸,造成绝缘距离减小,影响使用失效,另外对于多排结构的引线双面压扁难以实现。

    25、本发明引线的扁头制造采用特殊结构的下模具支撑引线底面和塑性,上模进行施压,实现材料的形变而非磨削去除。压扁后的引线上端为平面,能满足键合要求,其它面依旧保持圆弧形,材料外形尺寸在原有公差之内,且整体强度相比更高。

    26、4)本发明可解决可伐类微间距连接器与高导热高热膨胀系数的铝硅、10#钢、无氧铜、不锈钢、铝合金的焊接(铅锡或金锡)气密性行业难题,实现产品的高集成化和高可靠。可伐组合体部分,同一引线芯数可批产生产作为备件,过渡环也可备用,根据应用需求选择不同过渡环进行最终的组装,大大缩短生产周期,满足生产交付进度。

    27、采用压扁工艺相对于铣磨削加工,无需设备昂贵的高精度磨床和和高温熔封炉及后道人工除毛刺,成本为原来的1/10,效率为原来100倍以上,且产品可靠性大大提高。


    技术特征:

    1.高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,包括可伐底板(10)、引线(20)和熔封玻璃(30),所述可伐底板(10)内设置熔封孔,并通过熔封玻璃(30)将引线(20)固定在所述熔封孔内,其特征在于,所述可伐底板(10)的周侧一体式设置有飞边(11),所述飞边(11)呈扁平状,所述飞边(11)与可伐底板(10)形成的环形缺口部设置过渡环(40),且所述过渡环(40)的外边缘超出所述飞边(11)的外边缘设定距离,所述设定距离为0~0.1mm但不为0;所述引线(20)的键合互连端(21)的横截面设置为半圆形、半椭圆形或矩形。

    2.如权利要求1所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,其特征在于,所述过渡环(40)选择热膨胀系数与微距连接器外壳的热膨胀系数差值小于30%的材质。

    3.如权利要求1所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,其特征在于,所述飞边(11)的上表面与所述可伐底板(10)的上表面平齐,或所述飞边(11)的下表面与所述可伐底板(10)的下表面平齐。

    4.如权利要求1所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,其特征在于,采用平行缝焊工艺连接所述飞边(11)和过渡环(40)时,所述飞边(11)为薄飞边,薄飞边厚度在0.07~0.18mm之间。

    5.如权利要求1所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,其特征在于,采用激光焊工艺连接所述飞边(11)和过渡环(40)时,所述飞边(11)为厚飞边,厚飞边厚度在0.3~1.0mm之间。

    6.如权利要求1所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,其特征在于,所述引线(20)的键合互连端(21)使用压扁模具压制成型。

    7.如权利要求6所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,其特征在于,所述压扁模具包括配合使用的定位模具(51)和压块(52),所述压块(52)的底面为平整面,所述定位模具(51)的上表面设置有压槽(53),将所述引线(20)的键合互连端(21)放置在压槽(53)内,通过所述压块(52)的底面向所述引线(20)的键合互连端(21)均匀施力,得到压制成型的所述引线(20)。

    8.如权利要求7所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,其特征在于,所述压槽(53)的高度与设定的引线(20)键合互连端(21)形状相适配,所述压槽(53)的数量和设置间距与所述多芯微距连接器中设置在同一横排的引线(20)数量以及间距对应设置。

    9.如权利要求7所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器,其特征在于,所述压块(52)的底面的粗糙度小于0.8μm。

    10.一种如权利要求1-9任一项所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

    11.如权利要求10所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器的制备方法,其特征在于,步骤s4中,当选择平行封焊时,先对步骤s3的装配体进行整体电镀镍金,再进行焊接;当选择激光焊时,对步骤s3的装配体仅进行电镀镍或不镀,焊接后再整体电镀镍金。

    12.如权利要求10所述的高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器的制备方法,其特征在于,所述压扁模具包括配合使用的定位模具(51)和压块(52),所述压块(52)的底面为平整面,所述定位模具(51)的上表面设置有压槽(53),将所述引线(20)的键合互连端(21)放置在压槽(53)内,通过所述压块(52)的底面向所述引线(20)的键合互连端(21)均匀施力,得到压制成型的所述引线(20)。


    技术总结
    本发明涉及电子封装技术领域,具体涉及一种高热失配异质材料焊接用多芯微距连接器及制备方法。包括可伐底板、引线和熔封玻璃,可伐底板内设置熔封孔,并通过熔封玻璃将引线固定在熔封孔内;可伐底板的周侧一体式设置有扁平状飞边,飞边与可伐底板形成的环形缺口部设置过渡环,过渡环的外边缘超出飞边的外边缘设定距离;引线的键合互连端横截面设置为半圆形、半椭圆形或矩形。本发明可解决可伐类微间距连接器与高导热高热膨胀系数的铝硅、10#钢、无氧铜、不锈钢、铝合金的焊接(铅锡或金锡)气密性行业难题,实现产品的高集成化和高可靠。采用压扁工艺制备引线键合互连端,成本大大降低效率提高,且产品可靠性大大提高。

    技术研发人员:袁小意,胡竹松,黄志刚,魏四飞,梁杰,苗冠南,林福东
    受保护的技术使用者:合肥圣达电子科技实业有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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