大電流EMI濾波器氣密性金屬封裝的研制

陳益芳，洪瑜鵬，康武闖，趙海霞

（深圳振華富電子有限公司，廣東深圳 518109）

大電流EMI濾波器氣密性金屬封裝的研制

陳益芳，洪瑜鵬，康武闖，趙海霞

（深圳振華富電子有限公司，廣東深圳 518109）

大電流EMI濾波器密封式結(jié)構(gòu)相較于開放式結(jié)構(gòu)更適于鹽霧、振動、沖擊等工作環(huán)境，但需解決氣密性金屬封裝中裝配、散熱、高頻耦合等問題。以研制一款15 A的EMI濾波器的氣密性金屬封裝產(chǎn)品為例，介紹了密封結(jié)構(gòu)設(shè)計以及組件一體化設(shè)計、凹槽輔助焊接結(jié)構(gòu)、平行縫焊、玻璃封裝及Ni-Au復合鍍等工藝措施，有效解決金屬封裝的氣密性及氣密性成品率。產(chǎn)品基本電性能等效于開放式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，并通過相關(guān)可靠性考核，為同類EMI濾波器氣密性封裝的設(shè)計提供參考。

濾波器；金屬封裝；平行縫焊

1 前言

大電流EMI濾波器廣泛應用于航空航天、艦艇、雷達、數(shù)碼、通訊、家電等領(lǐng)域，高可靠、長壽命及惡劣的使用環(huán)境對產(chǎn)品的耐腐蝕（鹽霧）、抗振動、抗沖擊等技術(shù)指標提出了高規(guī)格的要求[1～3]。密封式結(jié)構(gòu)無疑是解決此類問題的有效措施，金屬氣密外殼封裝產(chǎn)品鹽霧試驗可達48 h，同時滿足掛飛振動、自主飛振動、高低頻振動和沖擊等試驗要求[4～5]。大電流EMI濾波器小型化、高可靠性、高頻寬帶的發(fā)展趨勢[6]，又為密封式結(jié)構(gòu)研制提出了新的考驗——裝配工藝、散熱、高頻耦合等。本文以研制一款15 A EMI濾波器的氣密性金屬封裝產(chǎn)品為例，其與日本村田公司開放式結(jié)構(gòu)BNX016-01兼容，針對裝配工藝、散熱、高頻耦合等問題，從封裝外形確定、內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局入手，提出相應的工藝措施。

2 密封式封裝設(shè)計思路

2.1 封裝外形及結(jié)構(gòu)

BNX016-01開放式結(jié)構(gòu)的外形尺寸為12.0 mm× 11.0 mm×8.0 mm，密封式產(chǎn)品外形尺寸為14.0 mm× 13.0 mm×9.5 mm，四周尺寸放大1 mm，增大尺寸為金屬壁厚。產(chǎn)品封裝外形尺寸圖見圖1和圖2。

圖1 開放式BNX016-01外形圖

圖2 密封式BNX016-01產(chǎn)品封裝外形圖

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局

密封式BNX016-01產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時，充分考慮環(huán)境、電性能和可靠性等方面的要求。產(chǎn)品外殼為10#鋼等金屬并鍍鎳鍍金處理，引腳采用玻璃絕緣子與外殼熔封，適應環(huán)境能力強；內(nèi)部采用高導熱樹脂灌封，可以有效降低熱阻，防止內(nèi)部過熱。內(nèi)部電感器和電容器的設(shè)計考慮了內(nèi)部體積和耦合等因素，保證了產(chǎn)品體積要求。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

3 密封結(jié)構(gòu)工藝實現(xiàn)

3.1 組件一體化設(shè)計

狹小的內(nèi)部空間，并不利于掛線、焊接等裝配工序的開展——尤其是冗余的內(nèi)部連接線布置。通過組件模塊化設(shè)計，有利于降低結(jié)構(gòu)復雜度，使裝配工序、組裝工藝簡單化，同時避免高頻耦合現(xiàn)象。圖4為銀質(zhì)特型內(nèi)接線示意圖，內(nèi)部連接線預先成型后再組裝。該內(nèi)部連接線與線圈一體化設(shè)計并加工，不再繞制新線圈，有效減少了產(chǎn)品的直流電阻，從而減少發(fā)熱量，保證了產(chǎn)品溫升低于設(shè)計要求。

內(nèi)部磁環(huán)采用中心穿孔的方式，將內(nèi)部引腳作為電感器的一部分，簡化了工藝操作，可靠性進一步提高。

3.2 凹槽輔助焊接結(jié)構(gòu)

穿心電容直接安裝在金屬殼體上，利用金屬殼體起到高頻隔離的作用。但穿心電容耐高溫、抗溫度沖擊能力差，這對于將穿心電容焊接于內(nèi)部空間狹小的金屬殼體上造成很大困難。電容容易在焊接過程中損壞。

圖4 銀質(zhì)特型內(nèi)接線示意圖

傳統(tǒng)的穿心電容安裝方式使電容接地焊接不牢靠，接地電阻增大，降低了濾波電容器的旁路效果[6]。針對內(nèi)部穿心電容定位難、不易焊接的問題，在保證焊接可靠性及高頻隔離的前提下，設(shè)計了精確定位、精密配合、適于回流焊方式焊接的凹槽輔助焊接結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是在引腳底部預留平臺，平臺上銑出與電容配作的凹槽，外殼引腳通過間孔穿入穿心電容，電容四周被焊接在凹槽壁上，避免了傳統(tǒng)工藝的缺陷，同時提高產(chǎn)品抗沖擊和機械振動能力。凹槽輔助焊接結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 凹槽輔助焊接結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 平行縫焊及玻璃封裝

蓋板封裝采用平行縫焊工藝。平行縫焊氣密性封裝工藝可確保濾波器內(nèi)部與外界環(huán)境的隔離，避免外界有害氣體的侵蝕，限制封裝腔體內(nèi)水汽含量和對自由粒子的控制等[7]。金屬氣密外殼封裝漏率小于4.2× 10-4Pa·cm3/s（He）。

玻璃封接金屬外殼引線。金屬引線和殼體采用玻璃燒結(jié)而成，4J50鐵鎳合金包銅和鐵封玻璃形成匹配封接。引線結(jié)構(gòu)為圓柱形金屬引線。

3.4 Ni-Au復合鍍

外表面采用Ni-Au復合鍍，保證產(chǎn)品的可焊性、增進抗蝕能力。金屬氣密外殼材質(zhì)見表1。

表1 密封式BNX016-01外殼主要材料

4 基本性能指標對比

BNX016-01與其密封式結(jié)構(gòu)替代產(chǎn)品主要基本性能對比如表2所示，外形對比如圖6（a）、（b）所示。

表2 BNX016-01與其密封式結(jié)構(gòu)替代產(chǎn)品基本性能對比

5 氣密性EMI濾波器可靠性試驗

BNX016-01密封式結(jié)構(gòu)替代產(chǎn)品鑒定試驗經(jīng)由第三方機構(gòu)進行鑒定。相關(guān)試驗項目、試驗條件、技術(shù)要求如表3所示，該密封式結(jié)構(gòu)能滿足各項技術(shù)要求，鑒定結(jié)果合格。

圖6 不同密封方式的BNX016-01產(chǎn)品封裝外形對比圖

6 結(jié)論

金屬氣密封裝不利于產(chǎn)品散熱、增加了裝配工藝難度，容易發(fā)生產(chǎn)品內(nèi)部高頻耦合，極大增加了產(chǎn)品的密封設(shè)計難度。我們通過組件一體化設(shè)計、凹槽輔助焊接、平行縫焊、玻璃封裝及Ni-Au復合鍍等工藝措施有效解決了封裝難題，密封式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品基本電性能等效于開放式結(jié)構(gòu)同款產(chǎn)品，產(chǎn)品更適于鹽霧、振動、沖擊等惡劣工作環(huán)境。

表3 BNX016-01密封式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品可靠性試驗

參考文獻：

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[5]童震松，沈卓身.金屬封裝材料的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].電子與封裝，2005，5（3）：6-15.

[6]曹桂英.高頻寬帶EMI濾波器的研究[D].成都：電子科技大學，2012.

[7]李宗亞，陳陶，仝良玉，等.平行縫焊工藝的熱效應研究

[J].電子與封裝，2015，15（3）：1-4.

Development of Hermetic Metallic Package of Large Current EMI Filter

CHEN Yifang,HONG Yupeng,KANG Wuchuang,ZHAO Haixia

（Shenzhen Zhenhua Fu Electronics Co.,Ltd.,Shenzhen518109,China）

Compared with open structure,largecurrentEMIfilterwith sealed structureismoresuitableforthesalt spray,vibration,shock and other working conditions.However,assembling,dissipation and coupling in high frequency need to be considered.In the paper,the following technological measures for 15 A EMI filter are introduced:integrated design,groove welding structure,parallel seam sealing,glass encapsulation and Ni-Au compositeelectroplating.Thetechnicalproblemsofthe metalhermeticpacking can be solved effectively with the abovemethodswhich also provideareferenceforthedesign ofencapsulated structureelectroniccomponents.

wave filter;metal packaging;parallel seam sealing

TN305.94

A

1681-1070（2017）04-0005-04

陳益芳（1977—），男，江西吉安人，主要從事新型電子元器件的研制工作；

洪瑜鵬（1989—），男，福建南安人，主要從事新型電子元器件的研制工作；

康武闖（1981—），男，江西吉安人，主要從事新型電子元器件的研制工作；

趙海霞（1988—），女，廣東深圳人，主要從事科研項目管理工作。

2016-12-12