一種電子封裝用對接式低阻引線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電子封裝用對接式低阻引線及其制備方法，對接式低阻引線包括饋通引線段，所述饋通引線段的一端部對接一低阻引線段，所述饋通引線段的長度與封裝玻璃的長度相配合；所述低阻引線段的材料選用電阻率小于饋通引線段的材料電阻率的金屬材料，所述金屬材料的電阻率≤2μΩ·cm。本發(fā)明通過電阻焊與釬焊方法將饋通引線段和低阻引線段焊接成一體。本發(fā)明制備的對接式低阻引線對接的強度高、電阻小，適合大電流通過；并耐高溫，在950℃高溫下不易退火變形。從而兼顧了功率電子器件外殼對引線的高引線載流和高引線排布密度的要求。
【專利說明】[0001] 一種電子封裝用對接式低阻引線及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及電子封裝領(lǐng)域，具體地說是涉及一種電子封裝用對接式低阻引線及其 制備方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]隨著混合集成電路功率外殼對集成度、功率密度的不斷追求，功率電子器件的外 殼為金屬外殼的引線需要兼顧大載流、引線排布密度高的特點，需要低阻引線的封裝，以降 低額功耗。另外，由于散熱性和氣密性的要求，引線封裝時多采用金屬引線通過玻璃絕緣子 進行封裝，形成了金屬一玻璃一金屬引線結(jié)構(gòu)，所以要求金屬引線與玻璃的熱膨脹系數(shù)相 近，達到或接近匹配封接。
[0005]為了使引線熱膨脹系數(shù)與玻璃相近，以符合玻璃-金屬封接的可靠性要求，其通 常采用低膨脹合金材料如鐵鎳合金(如可伐合金、4J50合金等）或鐵鎳合金包銅引線材料 (如可伐包銅復(fù)合引線材料、4J50合金包銅復(fù)合引線材料等）制成的饋通引線，但其電阻仍 不適合大電流通過。另外，引線上較高的承載電流必然要求其直徑較大，而電子器件所能提 供用于引線結(jié)構(gòu)的空間卻是有限的；由于高可靠、全密封金屬封裝外殼的可靠性、結(jié)構(gòu)以及 工藝限制，引線的直徑不能隨載流要求而無限制地增大，所以常規(guī)的功率外殼引線難以同 時兼顧高引線載流和高引線排布密度的要求。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，特提供一種高載流和高排布密度的電子封裝用 對接式低阻引線及其制備方法，在能滿足金屬-玻璃-金屬封接的密封可靠性的同時，并降 低其電阻。
[0008]為了達到上述發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)方案為： 一種電子封裝用對接式低阻引線，包括饋通引線段，所述饋通引線段的一端部對 接一低阻引線段，所述饋通引線段的長度與封裝玻璃的長度相配合；所述低阻引線段 的材料選用電阻率小于饋通引線段的材料電阻率的金屬材料，所述金屬材料的電阻率 < 2uQ?cm,。
[0009]優(yōu)選的，所述金屬材料選用無氧銅、鋯青銅或彌散無氧銅。
[0010] 優(yōu)選的，所述饋通引線段材料的線膨脹系數(shù)為4_10ppm/°c。
[0011] 優(yōu)選的，所述饋通引線段的直徑不小于低阻引線段的直徑。
[0012] 優(yōu)選的，所述饋通引線段和低阻引線段通過同軸焊接連接成一體。
[0013]更優(yōu)選的，所述焊接包括電阻焊接與釬焊。
[0014] 本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供一種電子封裝用對接式低阻引線的制備方法，包 括以下步驟： (1) 將饋通引線段和低阻引線段的一端部打磨成端面平面度< 0.01mm、表面粗糙度 ^ 0. 8um； (2) 將打磨后的兩端對接通過電阻焊接或釬焊的方法焊接成一整體； (3) 對其表面進行處理和機械加工。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中電阻焊接是指將饋通引線段、低阻引線段打磨的一端相對 穿套在電阻焊機的定位絕緣套內(nèi)，其伸出定位絕緣套的長度不超過1mm;將定位絕緣套夾 持在焊接電極兩側(cè)，調(diào)節(jié)電阻焊機功率以達到饋通引線段和低阻引線段的熔點，瞬間放電 將兩引線段焊接為一整體。
[0016] 所述步驟（2)中釬焊接是指將饋通引線段、高溫焊料和低阻引線段依次垂直裝配 到燒結(jié)模具的垂直孔內(nèi)，并置于窯爐內(nèi)，在氮氣保護下保溫1〇±5分鐘后冷卻至常溫，即將 饋通引線段和低阻引線段焊接成一整體；所述窯爐內(nèi)溫度高于高溫焊料的熔點30-50°C。
[0017] 更優(yōu)選的，所述高溫焊料為金銅合金焊料，所述金銅合金焊料中銅的質(zhì)量分數(shù)不 低于20%。
[0018] 本發(fā)明所采用的電阻焊機和燒結(jié)模具均為現(xiàn)有產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)等均為已知技術(shù)。
[0019] 本發(fā)明提供的一種電子封裝用對接式低阻引線，是由饋通引線段和低阻引線段對 接焊接成的一根完整的對接式低阻引線，對其按照使用要求進行機械加工和表面處理后， 通過金屬-玻璃-金屬進行封接，將對接式低阻引線組裝到功率電子器件金屬外殼上。
[0020] 其中低阻引線段材料的電阻率小于饋通引線段材料的電阻率，其為電阻率 低阻金屬材料，優(yōu)選為無氧銅、鋯銅、彌散無氧銅等，它們的耐高溫，在950°C高 溫下不易退火變形。
[0021] 饋通引線段的材料選用低膨脹金屬引線材料，其線膨脹系數(shù)與封接玻璃的熱膨脹 系數(shù)接近，為4-10ppm/°C，包括鐵鎳合金和鐵鎳合金包銅引線材料，鐵鎳合金有可伐合金、 4J50合金等，其電阻率>40yQ?cm，鐵鎳合金包銅引線材料有可伐包銅復(fù)合引線材料、 4J50合金包銅復(fù)合引線材料等，其軸向電阻率彡12iiQ?cm。而當饋通引線段采用可伐合 金或可伐包銅復(fù)合引線材料時，其線膨脹系數(shù)在4-6ppm/°C，符合匹配型玻璃-金屬封接的 封接要求；采用4J50合金或4J50合金包銅復(fù)合引線材料時，其線膨脹系數(shù)8 - 10ppm/°C， 符合壓力型玻璃-金屬封接的封接要求。
[0022] 本發(fā)明饋通引線段和低阻引線段的對接可采用電阻焊接與釬接，如果這兩引線 段的最小直徑> 1. 5mm優(yōu)先采用電阻焊方法進行焊接成一體；而對于兩引線段最大直徑 < 1. 2mm優(yōu)先采用釬焊方法進行焊接成一體。
[0023] 所以，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在： 1)、本發(fā)明中低阻引線段材料的電阻率小于饋通引線段材料的電阻率，其為電阻率Q?_，從而使對接式低阻引線適合大電流通過，并耐高溫，在950°C高溫下不易退火 變形。
[0024]2)、本發(fā)明中饋通引線段的材料選用低膨脹金屬引線材料，其線膨脹系數(shù)與封接 玻璃的熱膨脹系數(shù)接近，為4-10ppm/°C，從而滿足金屬-玻璃-金屬封接的可靠性要求，使 玻璃與引線的封接界面能承受_65~175°C熱交變而不會出現(xiàn)玻璃開裂。
[0025] 3)、本發(fā)明選用的饋通引線段的直徑比低阻引線段的直徑略大，以防對接焊接時 出現(xiàn)錯位使接觸面的電阻增大。
[0026] 4)、饋通引線段和低阻引線段的對接面需要先對其進行打磨拋光處理，使饋通引 線段和低阻引線段對接的端面平面度小于等于〇. 〇2mm，以減小對接接頭的接觸電阻。
[0027] 5)、釬焊中所用的高溫焊料優(yōu)選金銅合金焊料，所述金銅合金焊料中銅的質(zhì)量分 數(shù)不低于20%。以防止含銅的引線段受到金銅焊料的熔蝕及在后續(xù)的玻璃-金屬封接中發(fā) 生焊料重熔。
[0028] 6 )、本發(fā)明的電子封裝用對接式低阻引線結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，對接的強度高，成 本低，能承受950°C高溫不斷裂脫落，接頭強度好，引線耐高溫，不影響后續(xù)玻璃-金屬熔封 工藝。
[0029] 7)、本發(fā)明中的電阻焊方法操作簡便，制作效率高，成本低，適合制作引線最小直 徑> 1. 5_的電子封裝用對接式低阻引線； 8)、本發(fā)明的釬焊方法可靠性高，適合制作引線最大直徑< 1. 2mm的電子封裝用對接 式低阻引線。
[0030]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明引線封裝在的功率電子器件金屬外殼上示意圖。
[0032] 圖2為本發(fā)明電阻焊時示意圖。
[0033] 圖3為本發(fā)明釬焊時示意圖。
[0034] 圖中：1_饋通引線段，2-低阻引線段，3-金屬外殼，4-封裝玻璃，5-焊接電極， 6_定位絕緣套，7-高溫焊料，8-燒結(jié)模具。
[0035]

【具體實施方式】
[0036] 實施例1 : 如圖1所示，電子封裝用對接式低阻引線是由饋通引線段1和低阻引線段2的端部對 接通過電阻焊接或釬焊同軸焊接而成一體，所述低阻引線段2的材料選用電阻率小于饋通 引線段1的材料電阻率的金屬材料，所述金屬材料的電阻率< QKm。饋通引線段1的 長度與封裝玻璃4的長度相配合、直徑大于低阻引線段1的直徑。
[0037] 優(yōu)選的，所述低阻引線段2的材料選用無氧銅、鋯青銅或彌散無氧銅。饋通引線段 1為低膨脹金屬引線材料，其線膨脹系數(shù)為4-10ppm/°C，包括鐵鎳合金(如可伐合金、4J50 合金等)和鐵鎳合金包銅引線材料(如可伐包銅復(fù)合引線材料、4J50合金包銅復(fù)合引線材料 等)，均符合金屬-玻璃-金屬封裝要求。
[0038] 封裝時，將饋通引線段1通過封裝玻璃4封裝在功率電子器件的金屬外殼3上。所 述饋通引線段1的長度與封裝玻璃4的長度相當，其它部分全為低阻引線段2,以盡可能多 地降低整個對接低阻引線的電阻，從而能通過大電流。
[0039] 實施例2 : 如圖2所示，電子封裝用對接式低阻引線的電阻焊方法，步驟如下： (1) 用磨床打磨饋通引線段1和低阻引線段2的對接端面，使端面的平面度為0. 01mm、 表面粗糙度為〇. 8ym，然后將兩引線段的待焊接端面垂直于水平面碼放整齊，用金屬環(huán)約 束，正反面分別磨削成光潔平面，并去除毛刺； (2) 將饋通引線段1和低阻引線段2穿套在定位絕緣套6中、其伸出定位絕緣套6的長 度為1mm，以確保端面受力后兩引線段不會彎曲變形；將定位絕緣套6夾持在焊接電極5兩 偵牝調(diào)節(jié)電阻焊機功率以達到饋通引線段1和低阻引線段2的熔點，瞬間放電將兩引線段焊 接為一整體。
[0040] (3)取下對其表面進行處理和機械加工得對接式低阻引線。
[0041] 實施例3: 采用如圖2所示的電阻焊方法，步驟如下： (1) 用磨床打磨饋通引線段1和低阻引線段2的對接端面，使端面的平面度0. 008mm、表 面粗糙度〇. 87ym，然后將兩引線段的待焊接端面垂直于水平面碼放整齊，用金屬環(huán)約束， 正反面分別磨削成光潔平面，并去除毛刺； (2) 將饋通引線段1和低阻引線段2穿套在定位絕緣套6中、其伸出定位絕緣套6的長 度0. 5mm，以確保端面受力后兩引線段不會彎曲變形；將定位絕緣套6夾持在焊接電極5兩 偵牝調(diào)節(jié)電阻焊機功率以達到饋通引線段1和低阻引線段2的熔點，瞬間放電將兩引線段焊 接為一整體。
[0042] (3)取下對其表面進行處理和機械加工得對接式低阻引線。
[0043] 實施例4 : 如圖3所示，電子封裝用對接式低阻引線的釬焊方法，步驟如下： (1) 用磨床打磨饋通引線段1和低阻引線段2的對接端面，使端面的平面度為0. 02_， 然后將兩引線段待焊接端面垂直于水平面碼放整齊，用金屬環(huán)約束，正反面分別磨削成光 潔平面，并去除毛刺； (2) 將饋通引線段1、高溫焊料7和低阻引線段2依次垂直裝配到燒結(jié)模具8的垂直孔 內(nèi)，并置于950°C的窯爐內(nèi)，在氮氣保護下保溫5分鐘后，冷卻至常溫，即將饋通引線段和低 阻引線段焊接成一整體；高溫焊料7通常為金銅合金焊料，其中銅的質(zhì)量分數(shù)20% ; (3) 將焊接好引線從窯爐內(nèi)取出并拆除燒結(jié)模具8,對其表面進行處理和機械加工得對 接式低阻引線。
[0044] 實施例5 : 采用如圖3所示的釬焊方法，步驟如下： (1) 用磨床打磨饋通引線段1和低阻引線段2的對接端面，使端面的平面度0. 01_，然 后將兩引線段待焊接端面垂直于水平面碼放整齊，用金屬環(huán)約束，正反面分別磨削成光潔 平面，并去除毛刺； (2) 將饋通引線段1、高溫焊料7和低阻引線段2依次垂直裝配到燒結(jié)模具8的垂直孔 內(nèi)，并置于980°C窯爐內(nèi)，在氮氣保護下保溫15分鐘后冷卻至常溫，即將饋通引線段和低阻 引線段焊接成一整體；其中高溫焊料7通常為金銅合金焊料，其中銅的質(zhì)量分數(shù)為50%，以 防止含銅的引線段受到金銅焊料的熔蝕； (3) 將焊接好引線從窯爐內(nèi)取出并拆除燒結(jié)模具8,對其表面進行處理和機械加工得對 接式低阻引線。
[0045] 實施例6 : 將本發(fā)明中電子封裝用對接式低阻引線和現(xiàn)有技術(shù)中電子封裝用引線進行電阻檢測 對比，具體數(shù)據(jù)如下表1所示： 其中：現(xiàn)有技術(shù)中電子封裝用引線為饋通引線，其材料選用可伐合金或伐包銅復(fù)合引 線材料。
[0046]本發(fā)明中電子封裝用對接式低阻引線為饋通引線段和低阻引線段對接焊接而成 的，饋通引線段的材料選用可伐合金或伐包銅復(fù)合引線材料，低阻引線段的材料選用鋯銅。
[0047] 表1:引線電阻檢測

【權(quán)利要求】
1. 一種電子封裝用對接式低阻引線，包括饋通引線段，其特征在于：所述饋通引線段 的一端部對接一低阻引線段，所述饋通引線段的長度與封裝玻璃的長度相配合；所述低阻 引線段的材料選用電阻率小于饋通引線段的材料電阻率的金屬材料，所述金屬材料的電阻 率< 2 u Q ? cm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用對接式低阻引線，其特征在于：所述金屬材料選 用無氧銅、鋯青銅或彌散無氧銅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用對接式低阻引線，其特征在于：所述饋通引線段 材料的線膨脹系數(shù)為4-10ppm/°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用對接式低阻引線，其特征在于：所述饋通引線段 的直徑不小于低阻引線段的直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子封裝用對接式低阻引線，其特征在于：所述饋通引線段 和低阻引線段通過同軸焊接連接成一體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子封裝用對接式低阻引線，其特征在于：所述焊接包括電 阻焊接與釬焊。
7. -種如權(quán)利要求1-6任一項所述的電子封裝用對接式低阻引線的制備方法，其特征 在于：包括以下步驟： (1) 將饋通引線段和低阻引線段的一端部打磨成端面平面度< 0.01mm、表面粗糙度 ^ 0. 8 u m ； (2) 將打磨后的兩端對接通過電阻焊接或釬焊的方法焊接成一整體； (3) 對其表面進行處理和機械加工。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述步驟（2)中電阻焊接是指將饋通引線 段、低阻引線段打磨的一端相對穿套在電阻焊機的定位絕緣套內(nèi)，其伸出定位絕緣套的長 度不超過1mm ;將定位絕緣套夾持在焊接電極兩側(cè)，調(diào)節(jié)電阻焊機功率以達到饋通引線段 和低阻引線段的熔點，瞬間放電將兩引線段焊接為一整體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述步驟（2)中釬焊接是指將饋通引線 段、高溫焊料和低阻引線段依次垂直裝配到燒結(jié)模具的垂直孔內(nèi)，并置于窯爐內(nèi)，在氮氣保 護下保溫1〇±5分鐘后冷卻至常溫，即將饋通引線段和低阻引線段焊接成一整體；所述窯 爐內(nèi)溫度高于高溫焊料的熔點30-50°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：所述高溫焊料為金銅合金焊料，所述金 銅合金焊料中銅的質(zhì)量分數(shù)不低于20%。
【文檔編號】B23K37/00GK104439784SQ201410651121
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】闞云輝, 張志成 申請人:中國電子科技集團公司第四十三研究所