專利名稱：匯流條的焊接槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種匯流條的焊接槽(soldering nest)，它主要應(yīng)用在包括半導(dǎo)體的功率-電流器件和功率-電流控制系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
在使用銅或黃銅匯流條傳導(dǎo)至少10A電流的功率-電流系統(tǒng)中，半導(dǎo)體器件和連接導(dǎo)線的末端是通過焊接連接到匯流條的?；谌毕萁y(tǒng)計和工業(yè)廢品的檢查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的缺陷都發(fā)生在焊接位置。這些缺陷可以主要被分為兩大類在焊接過程中或作為其結(jié)果發(fā)生的半導(dǎo)體元件的缺陷，以及由于不良接觸而發(fā)生在焊接位置的缺陷，后者只有在長期的使用之后才會被注意到。
在準備焊接的時候，為了焊接圓柱形的元件(導(dǎo)線末端或半導(dǎo)體的電極終端引線)，在平坦的匯流條上設(shè)置了直徑大于元件導(dǎo)線直徑的圓柱孔。有時候，這些孔通過電鍍來處理。然后導(dǎo)線末端在焊接之前被放進孔內(nèi)。通過放置在匯流條那一側(cè)的電烙鐵或其它合適的焊接工具，通常伴隨著熔化的焊錫的插入，進行熱傳導(dǎo)，其中該匯流條的一側(cè)與引入元件的位置相對。
因為匯流條是良好的導(dǎo)熱體，而且需要長時間的熱傳導(dǎo)以通過孔或間隙獲得所需的溫度，用于適當?shù)厝刍附硬牧?，這樣就遇到了問題。在發(fā)生短時間熱傳導(dǎo)的情況下，沿著合適的大表面不能獲得結(jié)合，并且當提供一些電連接時，其轉(zhuǎn)移阻抗將會很大。這種情況導(dǎo)致了只有在長期使用的過程中才會顯現(xiàn)出來的缺陷，這是因為由較小的連接面積引起的較大的轉(zhuǎn)移阻抗導(dǎo)致了局部發(fā)熱，這進一步破壞了接觸點，并遲早會使缺陷顯而易見。如果烙鐵放置的時間超過獲得合適的溫度所必須的時間，半導(dǎo)體的終端引線會受到長時間過熱的影響，作為良好的熱傳導(dǎo)性的結(jié)果，半導(dǎo)體將會因為長期高溫受到不利影響。最佳狀態(tài)非常不確定，并取決于許多難以控制的因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)置一種焊接槽，它能使匯流條和要焊接的圓柱形元件之間的結(jié)合更可靠和更易實現(xiàn)，并且影響半導(dǎo)體的熱量也更適度。
為了實現(xiàn)上述目的，已經(jīng)認識到匯流條內(nèi)設(shè)置的孔應(yīng)該是圓錐形，而不是圓柱形，另外，孔的寬的一側(cè)應(yīng)該在匯流條那一側(cè)，該側(cè)與引入圓柱形元件側(cè)相對。錐角至少是30°，適宜地50°-90°，并且在錐頂設(shè)置孔，該孔寬松地適合圓柱形元件的直徑以允許它易于引入。
根據(jù)優(yōu)選實施例，該孔是短的圓柱形部分，該部分變?yōu)榧訉挼腻F。


本發(fā)明的解決方案將通過實例并結(jié)合附圖進行進一步的詳細討論，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的焊接接縫的示意性剖面圖，以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置在匯流條內(nèi)的焊接槽的剖面圖。
具體實施例方式
圖1示出了傳統(tǒng)的解決方案。匯流條1是一種良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料，如銅、銅合金或銀，并包含圓柱形的焊接孔2。半導(dǎo)體器件(未示出)的終端引線4可以寬松地安裝到焊接孔2中。半導(dǎo)體終端引線是圓柱形的，并是易于焊接的材料。具有相似直徑，但不屬于半導(dǎo)體的導(dǎo)線末端可以代替半導(dǎo)體終端引線4被連接到匯流條1。為了更好的示范，圖1的尺寸被擴大了實際上，焊接孔2和終端引線4之間的距離更小。
在某些情況下，終端引線4伸出匯流條1的平面外的末端被切斷。為了實施焊接，熱烙鐵(未示出)接觸匯流條的表面，該表面與半導(dǎo)體器件相對，并且在匯流條的平面和烙鐵之間放置有焊錫，焊錫熔化并增強沿大面積的熱傳導(dǎo)。因為匯流條1相對較厚并是良好的導(dǎo)熱體，烙鐵的熱量沿著大的表面快速傳播。然而，在表平面的橫向上，匯流條1，尤其是面向半導(dǎo)體器件的孔2的一側(cè)，加熱相對較晚。加熱的速度被以下事實所妨礙半導(dǎo)體器件使終端引線4變涼，此外，熔化的錫不能沿著終端引線4和孔2之間的狹窄縫隙傳導(dǎo)合適的熱量。實施焊接操作的技術(shù)人員要一直觀察匯流條1的外表面，并且一觀察到錫的熔化和流動就推斷出終端引線4和匯流條1已經(jīng)很好地結(jié)合，并因此移開烙鐵，且使用冷卻劑來冷卻匯流條。這樣的焊接可能導(dǎo)致匯流條1和焊接材料以及焊接材料和終端引線4之間的結(jié)合只是在孔2最上面的小部分內(nèi)。這種不足的結(jié)合不能確保符合要求的電連接，此外，這種結(jié)合的機械強度也不夠。電負載可能引起局部發(fā)熱，這導(dǎo)致結(jié)合的進一步惡化以及可能引起更嚴重的發(fā)熱。在系統(tǒng)或半導(dǎo)體器件受到機械力或振動的影響的情況下，終端引線4上的機械壓力也會削弱焊料。在適當焊接的情況下，孔2的內(nèi)部就會被焊接材料3填滿，焊接材料3在表面張力的作用下具有凹的上表面和凸的下表面。
如果實施焊接的技術(shù)人員熟悉上面概述的問題，并使得烙鐵保持在適當?shù)奈恢贸^必需的一段時間，則匯流條1的過熱可能使未示出的半導(dǎo)體器件過熱，因此同樣會造成損壞，同樣焊接在匯流條1上的孔2附近的器件也會過熱。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的解決方案，在匯流條10內(nèi)設(shè)置了圓錐孔20。要被焊接的半導(dǎo)體器件及其終端引線40從圓錐孔20的窄端接入?yún)R流條10。圓錐孔20朝向半導(dǎo)體器件的末端具有圓形孔21，其具有與孔2相似的直徑，并可以和圓錐孔20直接或通過短的圓柱形部分(未示出)連接。圓錐孔20的錐角適宜地在50°-90°之間；它的大小并不嚴格，但是最少應(yīng)該是30°。
在實施焊接中，烙鐵也是從匯流條10的與半導(dǎo)體器件相對的一側(cè)靠近，但是，在這種情況下，烙鐵的下面可以放置更多的熔化焊錫。熔化的焊錫與圓錐孔20的整個圓錐面相接觸，并且熔化的焊接材料30立刻充滿了圓錐形的空腔。由于在終端引線40和匯流條10中的區(qū)域內(nèi)，以及在圓錐孔20的區(qū)域內(nèi)，具有大的熱傳導(dǎo)表面，所以匯流條10被迅速加熱并達到焊接需要的溫度。然而，同時，在窄孔21的區(qū)域內(nèi)，因為包圍著孔21的相對冷的匯流條10，以及因為半導(dǎo)體器件的冷卻作用，大量熱量不能垂直于匯流條10的表平面穿過匯流條。因為烙鐵和匯流條10之間需要接觸的時間比根據(jù)圖1的解決方案少很多，在移開烙鐵之后，被較少加熱的匯流條10冷卻焊錫，冷卻主要表現(xiàn)在靠近錐頂?shù)囊粋?cè)。可以通過從焊接側(cè)使用冷卻劑來加快冷卻速度。
圓錐孔20和焊接材料30的內(nèi)表面顯著地大于圓柱孔2的內(nèi)表面，大表面整個承擔了焊接所需的溫度；進一步地，確保了終端引線40沿著它的整個長度的均勻焊接結(jié)合。眾所周知，此刻焊錫凝固，在相鄰表面的區(qū)域內(nèi)可獲得所需的溫度和無氧化物表面。大的焊接空間也加強了焊錫內(nèi)出現(xiàn)的助熔劑作用的適當結(jié)果。
焊接材料30由于表面張力形成了凸起的頂部表面。
根據(jù)如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的解決方案和如圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的解決方案之間的比較表明，給定同樣尺寸，根據(jù)本發(fā)明，焊接材料30與匯流條10的接觸面積是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的焊接材料3與匯流條1的接觸面積的兩倍多。此外，根據(jù)本發(fā)明的解決方案消除了前面討論的問題并產(chǎn)生了明顯著更有利的結(jié)合。
這樣，由于上述根據(jù)本發(fā)明的解決方案，獲得了一種快速和高質(zhì)量的結(jié)合，它將匯流條10和終端引線40在大面積上以很小的內(nèi)部阻抗連接起來。半導(dǎo)體器件上的由熱量引起的壓力比使用傳統(tǒng)的圓柱孔2的解決方案小很多。尤其在涉及大電流和大機械負載的應(yīng)用中，所獲得的高質(zhì)量的結(jié)合提高了短期和長期可靠性。
權(quán)利要求
1.一種在匯流條內(nèi)設(shè)置的焊接槽，所述匯流條具有用來引入要焊接的終端引線(40)的孔，所述終端引線的引入可以從所述匯流條(10)的第一表平面實現(xiàn)，焊接從所述匯流條(10)的第二個、相對的表平面實現(xiàn)，其特征在于所述孔由圓錐孔(20)形成，所述圓錐孔(20)垂直或近似垂直于所述匯流條(10)的表平面，并且其錐角至少是30°；所述圓錐孔(20)的頂朝向所述匯流條(10)的所述第一表平面，并且所述圓錐孔(20)終止于圓形孔(21)，所述圓形孔(21)的直徑稍大于所述終端引線(40)的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的焊接槽，其特征在于所述錐角在50°至90°之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的焊接槽，其特征在于所述終端引線(40)是半導(dǎo)體器件的一部分。
全文摘要
一種匯流條內(nèi)設(shè)置的焊接槽，具有用于引入要焊接的終端引線(40)的孔，終端引線的引入從匯流條(10)的第一表平面實現(xiàn)，焊接從匯流條(10)的第二個、相對的表平面實現(xiàn)。所述孔通過圓錐孔(20)形成，該圓錐孔(20)垂直或近似垂直于匯流條(10)的表平面，其錐角至少是30°。圓錐孔(20)的頂朝向匯流條(10)的第一表平面，圓錐孔(20)終止于圓形孔(21)，該圓形孔(21)的直徑稍大于終端引線(40)的直徑。
文檔編號H01R4/02GK1918757SQ200580005022
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者安德拉斯·法扎卡斯 申請人:安德拉斯·法扎卡斯