CN105261571B - 一种混合集成电路管壳针与基板连接装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合集成电路管壳针与基板连接装置，包括管壳针和基板，还包括位于管壳针与基板的基板正面焊盘之间的管壳针套环，管壳针套环包括半圆环部分和位于半圆环部分两端用于与管壳针卡接的卡接部；半圆环部分位于基板上方，半圆环部分的径向内侧靠近管壳针；半圆环部分的宽度大于基板正面焊盘靠近管壳针一侧的边缘与管壳针最近外周部的平均距离。本发明所提供的管壳针套环，可以有效的避免手工焊接管壳针与基板时焊锡可能流入基板孔引起的电路短路失效或隔离强度不合格的问题。同时，通过增加管壳针套环，使管壳针与基板之间的焊点无焊锡桥连结构，焊点围绕管壳针的焊接角度更大，焊点的质量和长期工作可靠性更高。

Description

一种混合集成电路管壳针与基板连接装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及混合集成电路封装领域，特别是涉及一种混合集成电路管壳针与基板连接装置及其制作方法。

背景技术

在混合集成电路中，管壳包括管壳体11、管壳针12、玻璃绝缘子13和盖板14。如图1所示，管壳针12垂直穿过玻璃绝缘子13中心，管壳针12与管壳体11之间通过玻璃绝缘子13进行隔离。

管壳体11的内部设有基板15，基板15的正面设有基板正面焊盘18，背面设有基板背面焊盘，基板背面焊盘通过第一粘接层或第一焊接层17粘接或焊接于管壳体11的底部上表面。

基板15粘接或焊接固定后，管壳针12垂直穿过基板孔16。基板15的正面有布线层，其上组装有各类元件，完成连接后构成具有特定性能的电路。基板正面焊盘18通过焊锡19与管壳针12进行连接，将电路输入、输出端通过管壳针12引出到管壳外部。

基板正面焊盘18与管壳针12之间通过手工焊接进行焊接连接，其焊点形貌局部示意图如图2所示。由于管壳针12、基板孔16的尺寸存在加工误差，因此，管壳针12的直径小于基板孔16的直径，典型的，管壳针12比基板孔16直径小0.5mm左右。同时由于基板15在粘接或焊接固定时可能产生偏差，因而，基板15粘接或焊接于管壳体11上后，管壳针12和基板孔16之间会留有一定间歇。由于间歇的存在，手工焊接时，熔融的焊锡19可能顺着间歇流入基板孔16。严重时甚至流淌到基板15的下方，与管壳体11粘连，引起电路短路。

因此，现有技术中，混合集成电路管壳针12在焊接时，需对焊接焊锡量和焊接时间等进行控制，并设置专门的检验点，以避免手工焊接时焊锡流入基板孔16引起电路短路失效或隔离强度不合格。

另外，由于基板正面焊盘18的边缘距离基板孔16边缘有一定间距(典型为0.3mm)，基板孔16边缘与管壳针12之间又有一定的间歇(典型为0～0.5mm)，导致基板正面焊盘18边缘与管壳针12的距离较远(典型为0.3mm～0.8mm)。因此，基板正面焊盘18与管壳针12之间的连接实际上是以焊锡局部桥连来实现的，桥连部分焊锡的平均跨度典型为0.55mm。

上述焊锡桥连结构的可靠性差，尤其是当焊点19围绕管壳针12的焊接角度较小时，焊点长期工作后可能会出现开裂的问题。实际生产中需要对焊锡量和焊接角度进行控制来保证焊点的质量和长期工作可靠性。

因此，如何提高混合集成电路中管壳针与基板的焊接可靠性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合集成电路管壳针与基板连接装置及其制作方法，有效的避免管壳针焊接时存在的焊锡可能流入基板孔的问题，增加焊点围绕管壳针的焊接角度，避免焊锡桥连结构，提高管壳针和基板焊接的质量和长期可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种混合集成电路管壳针与基板连接装置，包括管壳针和基板，还包括位于所述管壳针与所述基板的基板正面焊盘之间的管壳针套环，所述管壳针套环包括半圆环部分和位于所述半圆环部分两端用于与所述管壳针卡接的卡接部；

所述半圆环部分位于所述基板上方，所述半圆环部分的径向内侧靠近所述管壳针；

所述半圆环部分的宽度大于所述基板正面焊盘靠近所述管壳针一侧的边缘与所述管壳针最近外周部的平均距离。

优选的，所述卡接部具体为凸出圆弧部分，所述凸出圆弧部分位于所述半圆环部分的两端，并且所述凸出圆弧部分的圆弧角度为20°～25°、圆弧宽度为0.25mm～0.3mm。

优选的，所述管壳针套环的厚度为0.1mm～0.2mm。

优选的，所述半圆环部分与所述管壳针可转动连接，所述半圆环部分的内径比所述管壳针的直径大0.01mm～0.02mm。

优选的，所述半圆环部分的宽度比所述基板正面焊盘靠近所述管壳针一侧的边缘与所述管壳针最近外周部的平均距离大0.2mm～0.3mm。

本发明还提供一种混合集成电路管壳针与基板连接装置的制作方法，包括以下步骤：

步骤a：制作管壳针套环；

步骤b：提供待进行管壳针与基板焊接的混合集成电路；

步骤c：将管壳针套环固定在待焊接的管壳针上，固定后，管壳针套环位于待焊接的管壳针和基板正面焊盘之间；

步骤d：进行管壳针和基板的手工焊接，用于连接管壳针、管壳针套环和基板正面焊盘。

优选的，所述步骤a包括以下步骤：

步骤a1：对管壳针套环铜网板进行版图设计；

步骤a2：采用化学或电化学腐蚀等蚀刻工艺制作出带有所述管壳针套环图形的管壳针套环铜网板；

步骤a3：在所述管壳针套环铜网板表面电镀可焊接层；

步骤a4：用镊子等夹持工具夹住所述管壳针套环并折叠，分离所述管壳针套环和连接筋，得到所述管壳针套环成品。

优选的，所述步骤a2中进行蚀刻工艺之前，还包括：

步骤a2’：对所述管壳针套环铜网板的正、反面设置掩膜层，其中所述管壳针套环铜网板的正面位于所述连接筋上的半蚀刻区无需设置所述掩膜层。

优选的，所述步骤a3具体为：在所述管壳针套环铜网板的表面先设置厚度为1.3μm～8.9μm的镍层，然后在所述镍层的表面设置厚度为1.3μm～5.7μm的金层。

本发明所提供的混合集成电路管壳针与基板连接装置，包括管壳针和基板，还包括位于管壳针与基板的基板正面焊盘之间的管壳针套环，管壳针套环包括半圆环部分和位于半圆环部分两端用于与管壳针卡接的卡接部。该混合集成电路管壳针与基板连接装置相比于现有技术增加了管壳针套环，并且通过将管壳针套环的半圆环部分的宽度设置为大于基板正面焊盘靠近管壳针一侧的边缘与管壳针最近外周之间的平均距离，可以有效的避免手工焊接时焊锡可能流入基板孔引起的电路短路失效或隔离强度不合格的问题。同时，相比于现有技术中管壳针和基板正面焊盘之间的手工焊接，本发明通过增加管壳针套环，使得焊点无焊锡桥连结构，焊点围绕管壳针的焊接角度更大，焊点的质量和长期工作可靠性更高。同时，本发明制作的管壳针套环精度高、平整度好、制备工艺简单、成本低廉、可批量生产、操作简单，在混合集成电路封装工艺领域中具有较广阔的使用价值及应用前景。

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为现有技术中混合集成电路的结构示意图；

图2为现有技术中管壳针焊点形貌的局部示意图；

图3为本发明所提供的管壳针套环的结构示意图；

图4为本发明所提供的管壳针与基板连接装置的制作方法流程图；

图5为本发明所提供的管壳针套环的制备工艺流程图；

图6为本发明所提供的管壳针套环铜网板的版图示意图；

图7为图6所示管壳针套环铜网版的局部放大示意图；

图8为本发明中所提供的套环固定工装的结构示意图；

图9为本发明中所提供的管壳针套环安装示意图；

图10为本发明中所提供的管壳针与基板连接装置的结构示意图；

附图标记如下：管壳体-11、管壳针-12、玻璃绝缘子-13、盖板-14、基板-15、基板孔-16、第一焊接层-17、基板正面焊盘-18、焊锡-19、管壳针套环-30、半圆环部分-31、凸出圆弧部分-32、外框架-51、支干-52、连接筋-53、半蚀刻区-54、套环固定工装-80、下层半圆环部分-81、上层半圆环部分-82、第二焊接层-83、方形开口-84。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种混合集成电路管壳针与基板连接装置及其制作方法，通过增加管壳针套环可以避免管壳针焊接时存在的焊锡可能流入基板孔的问题，增加焊点围绕管壳针的焊接角度，避免焊锡桥连结构，显著的提高管壳针和基板焊接的质量和长期可靠性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图10，图10为本发明中所提供的混合集成电路管壳针与基板连接装置的结构示意图。

在该实施方式中，混合集成电路管壳针与基板连接装置包括管壳针12和基板15，还包括位于管壳针12与基板15的基板正面焊盘18之间的管壳针套环30，管壳针套环30用于阻止焊接过程中熔融金属流入基板15的基板孔16。

管壳针套环30包括半圆环部分31和位于半圆环部分31两端用于与管壳针12卡接的卡接部，如图3所示。

具体的，卡接部可以为凸出圆弧部分32，凸出圆弧部分32位于半圆环部分31的两端，当然，卡接部并不局限于本实施例中所给出的结构，能够实现与管壳针12卡接的结构均可。

半圆环部分31位于基板15上方，半圆环部分31的径向内侧靠近管壳针12。这里需要说明的是，半圆环部分31的径向内侧是指半圆环部分31沿直径方向靠近圆心的一侧。具体的，半圆环部分31放置在基板孔16及附近基板15的上方，半圆环部分31的宽度大于基板正面焊盘18靠近管壳针12一侧的边缘与管壳针12最近外周部的平均距离，即管壳针套环30的尺寸足以填充基板孔16，并且能够与基板正面焊盘18接触，在焊接管壳针12与基板15时，管壳针套环30可以有效的阻挡熔融金属流入基板孔16。

优选的，半圆环部分31与管壳针12之间可以转动连接，具体通过将半圆环部分31的内直径设置为略大于管壳针12的直径来实现。当然，管壳针套环30的尺寸应该依据混合集成电路中管壳针12、基板孔16、基板正面焊盘18等的尺寸及位置进行确定。设计规则为：半圆环部分31的内直径比管壳针12的直径大0.01mm～0.02mm，半圆环部分31的宽度比基板正面焊盘18的边缘距离管壳针12的平均距离大0.2mm～0.3mm；凸出圆弧部分32的圆弧角度为20°～25°，圆弧宽度为0.25mm～0.3mm。

例如，在本实施例中，混合集成电路的管壳针12直径为1mm，基板孔16直径为1.5mm，基板正面焊盘18边缘与基板孔16边缘的距离为0.3mm。则根据据以上规则，管壳针套环30的半圆环部分31的内直径可以优选设计为1.01mm～1.02mm，宽度设计为0.75mm～0.85mm；凸出圆弧部分32的圆弧弧度设计为20°～25°，圆弧宽度设计为0.25mm～0.3mm。

另外，对于管壳针套环30的厚度而言，如果管壳针套环30的厚度太厚，则变形困难，容易损坏管壳针12，如果管壳针套环30的厚度太薄，容易在固定及焊接过程中发生变形，影响使用。因此，为了保证管壳针套环30的实用性，管壳针套环30的厚度一般为0.1mm～0.2mm。

如图4所示，本发明还提供了一种混合集成电路管壳针与基板连接装置的制作方法，包括以下步骤：

步骤a：制作管壳针套环30；

步骤b：提供待进行管壳针12与基板15焊接的混合集成电路；

步骤c：将管壳针套环30固定在待焊接的管壳针12上，固定后，管壳针套环30位于待焊接的管壳针12和基板正面焊盘18之间；

步骤d：进行管壳针12和基板15的手工焊接，用于连接管壳针12、管壳针套环30和基板正面焊盘18。

步骤c中，在将管壳针套环30固定在管壳针12上时，先将管壳针套环30的两个凸出圆弧部分32朝向管壳针12，放置在基板15的上表面管壳针12和基板正面焊盘18之间的位置上，在管壳针套环30远离管壳针12的一侧施加适当的推力，使管壳针套环30两端的凸出圆弧部分32发生轻微形变，最后整个管壳针套环30被卡持到管壳针12上，完成管壳针套环30与管壳针12的固定操作。

这里需要说明的是，由于管壳针套环30的厚度薄，一般为0.1mm～0.2mm，并且凸出圆弧部分32的宽度窄，一般为0.25mm～0.3mm，因此，在固定管壳针套环30时，所需施加的推力非常小，固定操作方便，管壳针套环30固定的过程不会对管壳针12造成损伤。

同时，由于管壳针套环30的内直径相比于管壳针12的外直径略大0.01mm～0.02mm，因此，固定后的管壳针套环30在未受到外力作用时不会发生移位，但使用镊子仍可方便的对管壳针套环30进行旋转调节。

通过上述设置，使得产品在移动和后续的焊接操作中，管壳针套环30均不会发生移动和变形，同时，还能在管壳针套环30固定角度不合适的情况下，使用镊子对管壳针套环30进行旋转，调节固定角度。

另外，如图5所示，步骤a：制作管壳针套环30，具体包括以下步骤：

步骤a1：对管壳针套环铜网板进行版图设计；

如图6所示，管壳针套环铜网板版图包括外框架51、支干52、连接筋53和管壳针套环30。其中与管壳针套环30接触处的连接筋53上设有半蚀刻区54，半蚀刻区54的设置是为了方便将管壳针套环30从管壳针套环铜网板上取下。

管壳针套环铜网板版图上管壳针套环30的数量可根据使用需求进行增减，并不局限于图6中所示的数量。另外，为了方便后续对管壳针套环30的分离操作，要求连接筋53在满足对管壳针套环30支撑和连接作用的情况下其宽度尽量窄，优选的，连接筋53的宽度为0.15mm～0.2mm，连接筋53上半蚀刻区54的宽度为0.2mm～0.3mm。

对于外框架51、支干52的宽度无特殊要求，能对整个铜网版起到支撑和连接作用、保持网版不变形即可，优选的，外框架51宽度大于2mm，支干52宽度大于0.5mm。

步骤a2：以紫铜板为原料，采用化学或电化学腐蚀等蚀刻工艺制作出带有管壳针套环30图形的管壳针套环铜网板；

制作完成后的管壳针套环铜网板局部放大示意图如图7所示。为保证使用过程中，在将管壳针套环30固定到管壳针12上时，管壳针套环30两端的凸出圆弧部分32能产生一定的形变，以方便的进行管壳针套环30的固定操作，优选的，管壳针套环铜网板厚度为0.1mm～0.2mm。

另外，在步骤a2中，蚀刻精度要求控制在0.01mm以内。在进行蚀刻工艺之前，紫铜板上正、反面图形区均需用掩膜层保护起来，蚀刻时，蚀刻掉无掩膜层保护的区域，形成管壳针套环铜网板。

当然，为了在连接筋53上形成半蚀刻区54，步骤a2中进行蚀刻工艺之前，还包括，步骤a2’：对紫铜板的正、反面设置掩膜层，其中紫铜板的正面位于连接筋53上的半蚀刻区54无需设置掩膜层。即紫铜板的背面掩膜区包括所有管壳针套环铜网板图形区域，而正面掩膜区包括除半蚀刻区54外的所有管壳针套环铜网板图形区域。如此设置，管壳针套环铜网板腐蚀完成后，在与管壳针套环30接触的连接筋53上会形成半蚀刻区54，半蚀刻区54蚀刻槽的槽深为管壳针套环铜网板厚度的1/2～2/3。

步骤a3：在管壳针套环铜网板表面电镀可焊接层；

可焊接层包括镍层和金层，镍层的厚度为1.3μm～8.9μm，包括端点值，金层的厚度为1.3μm～5.7μm，包括端点值。在电镀焊接层时，应先电镀镍层，然后在镍层的表面电镀金层，使得镍层位于金层和管壳针套环铜网板母材之间。

步骤a4：用镊子等夹持工具夹住管壳针套环30并折叠，分离管壳针套环30和连接筋53，得到管壳针套环30成品。

由于管壳针套环30的尺寸较小，推动管壳针套环30时所使用的工具(如镊子等)，端部均较尖锐，在固定管壳针套环30时若施力过大或操作不当，容易划伤管壳针套环30和基板正面焊盘18。因此，为提高管壳针套环30固定的可操作性，本发明还提供了一种套环固定工装80。

如图8所示，图8为本发明中所提供的套环固定工装的结构示意图。

套环固定工装80为两层结构，包括上层半圆环部分82和下层半圆环部分81，其中上层半圆环部分82上有一方便夹取和固定管壳针套环30时施力用的方形开口84。上层半圆环部分82和下层半圆环部分81之间通过第二粘接层或第二焊接层83粘接或焊接在一起。

下层半圆环部分81和上层半圆环部分82均可采用与本实施例中所提供的管壳针套环30制备方法相同的方法制备得到。其中，上层半圆环部分82和下层半圆环部分81的厚度均为0.2mm～0.3mm，下层半圆环部分81的内直径等于管壳针套环30的半圆环部分31的外直径，圆弧宽度推荐为0.3mm～0.5mm；上层半圆环部分82的外直径等于下层半圆环部分81的外直径，上层半圆环部分82的内直径比管壳针套环30的半圆环部分31外直径小0.1mm～0.4mm；方形开口84的边长为0.3mm～0.5mm。

如图9所示，图9为本发明中所提供的管壳针套环安装示意图。

在固定管壳针套环30时，将管壳针套环30的两个凸出圆弧部分32端朝向待焊接的管壳针12，放置在管壳针12和基板正面焊盘18之间的位置上，套环固定工装80的开口对准管壳针套环30，将镊子等工具的尖端插入套环固定工装80上的方形开口84中，推动管壳针套环固定工装80，使管壳针套环30两端的凸出圆弧部分32发生轻微形变，将管壳针套环30卡持到管壳针12上，完成管壳针套环30与管壳针12的固定操作。

完成管壳针套环30与管壳针12的固定操作后，进行管壳针12和基板15的手工焊接，焊点示意图如图10所示。

增加了管壳针套环30后，在手工焊接时，熔融的焊锡19不会流入基板孔16，避免了手工焊接时焊锡19可能流入基板孔16引起的电路短路失效或隔离强度不合格的问题。

同时，带管壳针套环30的管壳针12和基板正面焊盘18之间的手工焊接焊点无焊锡桥连结构，焊点19围绕管壳针12的焊接角度更大，焊点的质量和长期工作可靠性更高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的混合集成电路管壳针与基板连接装置及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种混合集成电路管壳针与基板连接装置，包括管壳针(12)和基板(15)，其特征在于，还包括位于所述管壳针(12)与所述基板(15)的基板正面焊盘(18)之间的管壳针套环(30)，所述管壳针套环(30)包括半圆环部分(31)和位于所述半圆环部分(31)两端用于与所述管壳针(12)卡接的卡接部；

所述半圆环部分(31)位于所述基板(15)上方，所述半圆环部分(31)的径向内侧靠近所述管壳针(12)；

所述半圆环部分(31)的宽度大于所述基板正面焊盘(18)靠近所述管壳针(12)一侧的边缘与所述管壳针(12)最近外周部的平均距离。

2.根据权利要求1所述的混合集成电路管壳针与基板连接装置，其特征在于，所述卡接部具体为凸出圆弧部分(32)，所述凸出圆弧部分(32)位于所述半圆环部分(31)的两端，并且所述凸出圆弧部分(32)的圆弧角度为20°～25°、圆弧宽度为0.25mm～0.3mm。

3.根据权利要求2所述的混合集成电路管壳针与基板连接装置，其特征在于，所述管壳针套环(30)的厚度为0.1mm～0.2mm。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的混合集成电路管壳针与基板连接装置，其特征在于，所述半圆环部分(31)与所述管壳针(12)可转动连接，所述半圆环部分(31)的内径比所述管壳针(12)的直径大0.01mm～0.02mm。

5.根据权利要求4所述的混合集成电路管壳针与基板连接装置，其特征在于，所述半圆环部分(31)的宽度比所述基板正面焊盘(18)靠近所述管壳针(12)一侧的边缘与所述管壳针(12)最近外周部的平均距离大0.2mm～0.3mm。

6.一种混合集成电路管壳针与基板连接装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a：制作管壳针套环(30)；

步骤b：提供待进行管壳针(12)与基板(15)焊接的混合集成电路；

步骤c：将管壳针套环(30)固定在待焊接的管壳针(12)上，固定后，管壳针套环(30)位于待焊接的管壳针(12)和基板正面焊盘(18)之间；

步骤d：进行管壳针(12)和基板(15)的手工焊接，用于连接管壳针(12)、管壳针套环(30)和基板正面焊盘(18)。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述步骤a包括以下步骤：

步骤a1：对管壳针套环铜网板进行版图设计；

步骤a2：采用化学或电化学腐蚀的蚀刻工艺制作出带有所述管壳针套环(30)图形的管壳针套环铜网板；

步骤a3：在所述管壳针套环铜网板表面电镀可焊接层；

步骤a4：用镊子夹持工具夹住所述管壳针套环(30)并折叠，分离所述管壳针套环(30)和连接筋(53)，得到所述管壳针套环(30)成品。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述步骤a2中进行蚀刻工艺之前，还包括：

步骤a2’：对所述管壳针套环铜网板的正、反面设置掩膜层，其中所述管壳针套环铜网板的正面位于所述连接筋(53)上的半蚀刻区(54)无需设置所述掩膜层。

9.根据权利要求7或8所述的制作方法，其特征在于，所述步骤a3具体为：在所述管壳针套环铜网板的表面先设置厚度为1.3μm～8.9μm的镍层，然后在所述镍层的表面设置厚度为1.3μm～5.7μm的金层。