钎焊钉头引线的制作方法

本发明涉及钎焊钉头引线，其中该钉头引线和钎焊合金预制件成形为一个用于钎焊的一体使用部件。

背景技术：

钉头引线和钎焊盘目前在二极管工业中结合使用以便将钉头引线钎焊到半导体芯片上。传统的二极管制造是通过使用由银、铜，有时是磷的合金制成的钎焊盘14将由铜或银制成的钉头引线10连接到芯片组件12上的钼或钨螺柱来完成。所述组件需要将这些部件放入陶瓷封装16中，然后再进入如图1所示的真空钎焊操作。

如图1所示，钉头引线10，钎焊盘14，以及半导体芯片16作为单独的部件对齐，以便钎焊该二极管组件18。然而，钉头引线10和钎焊盘14的不正确对齐可能是由于在钎焊过程中该二极管组件的加载错误或移动。此种故障可导致产量损失或钎焊部件废品率高达25％。

由此，本领域需要一种钎焊钉头引线，其具有一个钎焊预制件，在制造所述二极管组件之前固定到钉头引线上，以便提高效率、质量和成本。进一步地，所提出的制造工艺旨在将所述钉头引线与钎焊预制件连接，以避免厚度在0.0015至0.003英寸之间的钎焊预制件变形。

特别地，用于结合如此小的钎焊预制件的焊接工艺可能由于焊点的热效应区导致钎焊预制件的变形。这样的变形将使得钎焊盘不再平坦。此外，焊接中常见的气体夹带会导致粘合缺陷，从而干扰钎焊粘合的功能。

技术实现要素：

本发明提供一种钎焊钉头引线，其中该钉头引线的形成，钎焊合金预制件的形成，以及钎焊盘预制件与钉头引线的连接在随后的步骤中进行。

根据本发明的一个实施例，钎焊钉头包括具有第一端的钉头引线和与所述钉头引线的第一端连接的钎焊合金预制件。进一步地，该钉头引线和钎焊合金预制件通过焊接接头永久连接在一起以形成用于装配钎焊的独立使用部件。根据本发明的一个方面，焊接接头通过微钨极氩弧焊(micro-tig-welding)形成。

根据本发明的另一方面，钉头引线和钎焊合金预制件中的其中一个包括从其延伸的至少一个凸起，同时钉头引线和钎焊合金预制件中的另一个包括至少一个被配置成与至少一个凸起互配的配合元件。

根据本发明的又一方面，至少一个凸起包括从钉头引线的第一端的第一侧面延伸的中心柱，并且至少一个配合元件包括形成在钎焊合金预制件中心的孔口。该孔口被配置成与所述中心柱互配。

根据本发明的另一实施列，一种制造钎焊钉头引线的方法包括提供线材，将线材成形为钉头引线，将该钉头引线与钎焊合金预制件对齐，将钎焊合金预制件冲压在钉头引线的第一端的第一侧面上，通过焊接接头将钎焊合金预制件连接至钉头引线的第一端的第一侧面。将该线材成形为钉头引线的步骤包括形成具有第一侧面和第二侧面的第一端和自第一端的第二侧面延伸的轴。

根据本发明的一方面，采用焊接接头将钎焊合金预制件连接至钉头引线的第一端的第一侧面的步骤包括将钎焊合金预制件精密微钨极氩弧焊至钉头引线的第一端。

根据本发明的另一方面，本方法进一步包括在钉头引线的第一端和钎焊合金预制件的其中之一上形成至少一个凸起54，和在钉头引线的第一端和钎焊合金预制件的另一个上形成至少一个配合元件。所述至少一个凸起被配置成与所述至少一个配合元件互配。

根据本发明的又一实施例，钎焊钉头引线包括具有第一端和第二端的钉头引线，结合至钉头引线的第一端的第一侧面的钎焊合金预制件，以及位于钎焊合金预制件的中心且穿过钎焊合金预制件延伸至钉头引线的第一端的第二侧面的焊接接头。根据本发明的一个方面，焊接接头由精密微钨极氩弧焊形成。

根据本发明的另一方面，钉头引线包括自钉头引线的第一端延伸的凸起，并且所述钎焊合金预制件包括自其延伸且被配置成与钉头引线的凸起互配的配合元件。凸起的直径和配合元件的直径大致相同以便在凸起和配合元件互配时钎焊合金预制件和钉头引线彼此连接。

当结合以下描述和附图考虑时，本发明的这些以及其他方面和目的将会更易理解。然而可以理解的是，尽管以下叙述表明了本发明的优选实施例，但其是以说明而非限制的方式给出的。在不脱离本发明的精神范围内可以作多种变化和修改，且本发明包括所有这些修改。进一步地，尽管在本发明的实践中可能会用到多种与本文中描述的相似或等同的方法和材料，但下文中更详细地阐述了一些这样合适的方法和材料。

附图说明

通过参考附图中示出的示例性而非限制性的并形成说明书一部分的实施例，对构成本发明的优点和特征以及本发明提供的典型机构的构造和操作的清楚概念将变得更加显而易见，其中相似的数字指代这几幅图中相同的元件：

图1是根据现有技术的传统二极管制造的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的钉头引线的侧视图；

图3是根据本发明的一个实施例钎焊钉头引线的立体图；

图4是根据本发明的另一实施例的钉头引线的侧视图；

图5是根据本发明的一个实施例的包括图4的钉头引线的钎焊钉头引线的立体图；

图6是根据本发明的又一实施例钎焊钉头引线的立体图；

图7是根据本发明的再一实施例钎焊钉头引线的立体图；

图8是根据本发明的又一实施例钎焊钉头引线的立体图；

图9是根据本发明的一个实施例的将一种将钎焊合金预制件连接至钉头引线以形成钎焊钉头引线的方法的框图。

在描述附图中展示的本发明的优选实施例时，为清楚起见将用到专用术语。但是，这并非意指本发明局限于这些选用的专用术语，并且应当理解每个专用术语包括所有为实现相似目的以相似方式操作的技术等同物。

具体实施方式

参考在以下叙述中详细阐述的非限制性实施例，本发明以及其各种特征和优点将被更充分阐释。

首先参考图2，为具有第一端22和自该第一端22延伸的轴24的钉头引线20的侧视图。在本发明的代表性实施例中，第一端22包括第一侧面26和第二侧面28，并且轴24自第一端22的第二侧面28延伸。如图3中更详尽所示，钉头引线20的第一端22可以是厚度30在0.007至0.015英寸±0.002英寸范围的圆盘状。钉头引线20的第一端22可包括范围在0.030至0.150英寸±0.002英寸的外径32。进一步地，轴24的直径34的范围可以是0.020至0.060英寸±0.001英寸。此外，钉头引线20可具有范围在0.55至1.10英寸±0.010英寸的长度36。在本发明的可选实施例中，钉头引线20的第一端22可以是除圆盘状以外的形状。

接下来，图3展示了钎焊钉头38的立体图。钎焊钉头引线38包括结合至钎焊合金预制件40的图2中的钉头引线。钎焊合金预制件40呈圆盘状。在本发明的代表性实施例中，具有钎焊合金厚度的钎焊合金预制件40的厚度范围在0.0015至0.003英寸之间。尽管在本发明的代表性实施例中阐释了具有直径44的钎焊合金预制件40，其直径小于钉头引线20的第一端22的直径32，但是可以预期钎焊合金预制件40的直径44可能大于、小于或等于钉头引线20的第一端22的直径32。在本发明的其他实施例中，钎焊合金预制件40可能是不同于圆盘状的其它形状。

正如将在之后阐述的那样，钎焊合金预制件40冲压在钉头引线20的第一端22的第一侧面26上。随后，钎焊合金预制件40和钉头引线20通过焊接形成的接头46连接在一起。在本发明的代表性实施例中，接头46位于钎焊合金预制件40的中心且穿过钎焊合金预制件40延伸至钉头引线20的第一端22，以将钎焊合金预制件40永久地连接至钉头引线20。

现在参考图4，根据本发明的另一实施例，展示了具有第一端50的钉头引线48的侧视图。在本发明的代表性实施例中，钉头引线20的第一端22为圆盘状，其直径52的范围在0.030至0.150英寸±0.002英寸。在这个本发明的代表性实施例中，凸起54成形在钉头引线20的第一端22的第一侧面56上。在图2的代表性实施例中，凸起54是延伸出钉头引线48的第一端50的第一侧面56的中心柱。考虑中心柱54的直径58的范围在0.010至0.050英寸之间。稍后将阐述的本发明的其他实施例中，其中凸起54可以采用其他形式。在本发明的其他实施例中，凸起54可被成形在钎焊合金预制件60上且钉头引线48的第一端50成形为包括配合元件62。

在本发明的代表性实施例中，钉头引线48的第一端50可具有范围在0.007至0.015英寸±0.002英寸的厚度64。钉头引线48还包括从钉头引线20的第一端22的第二侧面68延伸的轴66。钉头引线48可具有范围在0.55至1.10英寸±0.010英寸的长度76。此外，轴66的直径70的范围可在0.020至0.060英寸±0.001英寸。

如图5所示，钉头引线48连接至钎焊合金预制件60以形成钎焊钉头引线72。尽管在本申请的各个代表性实施例中，钎焊合金预制件60被示出为圆盘状，但是可以预见在本发明的任一实施例中，钎焊合金预制件60不局限于圆盘状。钎焊合金预制件60的直径74的范围可以预设在0.030至0.150英寸之间。进一步设想钎焊合金预制件60的厚度可以在0.0015至0.003英寸之间。在本发明的这一代表性实施例中，钎焊合金预制件60包括配置成与先前阐述的钉头引线48的凸起54互配的配合元件62。在这一示例中，配合元件62成形为穿过钎焊合金预制件60的中心区域的孔口形式，该中心区域被配置成与图4中的中心柱54相互配合。中心柱54的直径58和孔口62的直径大致相同，以便在中心柱54与孔口62互配时，钎焊合金预制件60与钉头引线48永久地彼此连接。

尽管图5展示的钎焊合金预制件60与钉头引线48的第一端50的第一侧面56平齐，在本发明的可选实施例中，钎焊合金预制件60可延伸超出钉头引线48的第一端50的第一侧面56。由此，可以预见钎焊盘(钎焊合金预制件)60可以与钉头引线48的第一端50的第一侧面56齐平，也可以延伸超出钉头引线48的第一端50的第一侧面56。

接下来，图6展示了根据本发明的另一实施例的钎焊钉头引线78。在这一示例中，钉头引线48包括成形在钉头引线48的第一端50的第一侧面56上的外脊形式的凸起54。相应地，钎焊合金预制件60配置成互配在该外脊54内。预设该外脊54的外径80的范围在0.030至0.150英寸之间且外脊54的内径82的范围在0.020至0.140英寸之间。

接下来，图7展示了根据本发明的又一实施例的钎焊钉头引线84。在这一示例中，钉头引线48包括沿着钉头引线48的第一端50的第一侧面56延伸的多个凸起54。如图7所示，该多个凸起54从钉头引线48的边缘86向内且沿着钉头引线48的第一端50的第一侧面56延伸。相应地，钎焊合金预制件60包括沿着钎焊合金预制件60的外边缘88排列的多个配合元件62。在本发明的代表性实施例中，多个配合元件62沿着钎焊合金预制件60的外边缘88呈槽口形式。每个槽口62被配置成与多个凸起54的相应一个分别互配。

图8展示了根据本发明的又一实施例的钎焊钉头引线90。在本发明的这一实施例中，钎焊合金预制件60包括多个凸起54。该凸起54从钎焊合金预制件60的外边缘88向下延伸。此外，凸起54配置成与钉头引线48的第一端50的外边缘92互配。

在本发明的代表性实施例中，每个钉头引线可以用四滑块机构来形成，在所述四滑块机构中，第二滑块用来夹持线材并将其推进模具区，第三滑块用来将线材成形为钉头引线，并且第四滑块用来按所需尺寸切割成形的钉头引线。当完成以上步骤时，所有滑块打开且弹出成形的钉头引线。然后钎焊合金预制件可以被连接至成形的钉头引线。

关于图2和图3所示的实施例，钎焊合金预制件26可以在钎焊合金预制件26和钉头引线20已被形成以后连接至钉头引线20。这种方法将在之后参考图9时阐述。

在本发明的可选实施例中，例如那些在图4-8中所示的，钉头引线48的形成包括在钉头引线48的第一端56形成至少一个凸起54或至少一个配合元件62，钎焊合金预制件60的成形包括在钎焊合金预制件60上形成至少一个配合元件62和至少一个凸起54中相应的一个，并且将钎焊合金预制件60结合至钉头引线48的步骤包括将至少一个凸起54与至少一个配合元件62互配。如上所述，凸起54的直径58和其各自的配合元件62的直径94大致相同以便在凸起54和配合元件62互配时，钎焊合金预制件60和钉头引线48永久性地彼此连接。现在参考图6中展示的实施例，钉头引线48的形成包括形成外脊54，钎焊合金预制件60的形成包括确定钎焊合金预制件60的尺寸以安装在外脊54内，并且将钎焊合金预制件60连接至钉头引线48的步骤包括将钎焊合金预制件60互配到外脊54内。

关于图7中描绘的实施例，钉头引线48的形成包括沿着钉头引线48的第一端50的边缘86形成多个凸起54，钎焊合金预制件60的形成包括形成被配置成与凸起54对齐的槽口62，并且将钎焊合金预制件60连接至钉头引线48的步骤包括将相应的一个凸起54互配至每个槽口62。

进一步地，在图8所示的实施例中，钉头引线48的形成包括钉头引线48的第一端50的形成，钎焊合金预制件60的形成包括形成从钎焊合金预制件60的外边缘88向下延伸的凸起54，并且将钎焊合金预制件60连接至钉头引线48的步骤包括将钉头引线48的第一端50互配至钎焊合金预制件60的凸起54内。

在本发明的可选实施例中，钎焊合金预制件26可以经由粘合剂、3d打印、电镀、直接包覆和其他连接方式连接至钉头引线20。此外，钎焊合金预制件26和使用这些可选连接方法的钉头引线20可以包括也可以不包括如之前阐述的凸起24和配合元件30。

在本发明的一些实施例中，形成钉头引线48，形成钎焊合金预制件60，以及钉头引线48和钎焊合金预制件相结合是同时在一个步骤中进行。在本发明的其他实施例中，每个成形和结合步骤可以分开完成。

另外，可以预料，在本发明的其他实施例中，那些展示在图4-8中的凸起54和配合元件62可以与焊接接头46结合使用，该焊接接头由图9和以下叙述中展示的方法得到。

在本发明的代表性实施例中，可以设定钉头引线20、48至少包括银或铜中的一种。然而，也可以预见使用本领域周知的其它材料。类似地，尽管本发明的代表性实施例包括包含银和铜和磷中至少一种的合金的钎焊合金预制件40、60，但也可以预见也可以使用本领域周知的其他材料。

现在参考图9，根据本发明的实施例，展示了一种图3中的钎焊钉头引线20的形成方法96。在步骤98中，钉头引线可以像之前描述的那样被形成且形成图3中所示出的钉头引线20的形状。在本发明的可选实施例中，钉头引线可以成形为展示在图4-8中的钉头引线48的形状从而包括至少一个凸起54或至少一个配合元件62，它们被配置成分别与钎焊合金预制件60的至少一个配合元件62或至少一个凸起54互配。在本发明的其他实施例中，钉头引线48可以被成形为包括至少一个凸起和至少一个配合元件的组合，它们被配置成分别与钎焊合金预制件60的配合元件和凸起互配。

在步骤100中，钉头引线以第一端朝上馈入进给器轨道，比如碗式进给器中。当进给器轨道移动钉头引线通过系统时，每个钉头引线在包括钎焊合金预制件的钎焊盘冲压工具下方对齐。在步骤102中，钎焊盘冲压工具将钎焊合金预制件冲压在钉头引线的第一端的第一侧面上。在本发明的一个实施例中，进给器轨道包括用于每个钉头引线的支托，它被配置成容置钎焊合金预制件并且保持其在钉头引线的第一端的位置。在使用了图4-8中所示的钉头引线48的本发明的实施例中，每个钎焊合金预制件60冲压在各自的钉头引线48上以使所述至少一个凸起54中的每一个与各自的配合元件62互配。

在本发明的一个实施例中，钎焊盘冲压工具配置成容置组成钎焊合金预制件材料的薄板卷材。将钎焊合金预制件冲压在钉头引线的第一端的第一侧面上之后，钎焊盘冲压工具将钎焊合金预制件从薄板卷材上切割下来。

接下来，步骤104将钉头引线和其各自的钎焊合金预制件馈送至微型焊接(micro-welding)位置。在步骤106中，钎焊合金预制件和钉头引线被微型焊接以形成接头46。尽管图3展示了所得到的具有位于钎焊合金预制件40的中心的接头46的钎焊钉头引线38，但可以预见接头46可以位于沿着钎焊合金预制件40的任意位置以将钎焊合金预制件40恰当地连接至钉头引线20。在本发明的代表性实施例中，微型焊接步骤是精密微钨极氩弧焊，以避免钎焊合金预制件变形。

上述过程和之后的钎焊过程可以在真空环境中完成。但是也可以预见，任一过程也可以在大气环境中完成。在大气环境中，可以使用焊剂来制备待结合的表面。

本发明的其他目的、特征和优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。本文中阐述的本发明不以任何方式受任何焊剂成分的任何钎焊材料或可由其粘接的金属或合金或陶瓷的描述、定义或特征的限制。任何钎焊焊剂或钎焊材料可用于本发明的目的。

需指出的是，本发明不局限本文中包含的实施例和说明，而是包括那些实施方案的修改改形式，包括落入以下权利要求范围内的实施方案的部分和不同实施方案的元件的组合。