大电流EMI滤波器气密性金属封装的研制

2017-04-24陈益芳洪瑜鹏康武闯赵海霞

电子与封装 2017年4期

关键词：气密性凹槽滤波器

陈益芳，洪瑜鹏，康武闯，赵海霞

（深圳振华富电子有限公司，广东深圳 518109）

大电流EMI滤波器气密性金属封装的研制

陈益芳，洪瑜鹏，康武闯，赵海霞

（深圳振华富电子有限公司，广东深圳 518109）

大电流EMI滤波器密封式结构相较于开放式结构更适于盐雾、振动、冲击等工作环境，但需解决气密性金属封装中装配、散热、高频耦合等问题。以研制一款15 A的EMI滤波器的气密性金属封装产品为例，介绍了密封结构设计以及组件一体化设计、凹槽辅助焊接结构、平行缝焊、玻璃封装及Ni-Au复合镀等工艺措施，有效解决金属封装的气密性及气密性成品率。产品基本电性能等效于开放式结构产品，并通过相关可靠性考核，为同类EMI滤波器气密性封装的设计提供参考。

滤波器；金属封装；平行缝焊

1 前言

大电流EMI滤波器广泛应用于航空航天、舰艇、雷达、数码、通讯、家电等领域，高可靠、长寿命及恶劣的使用环境对产品的耐腐蚀（盐雾）、抗振动、抗冲击等技术指标提出了高规格的要求[1～3]。密封式结构无疑是解决此类问题的有效措施，金属气密外壳封装产品盐雾试验可达48 h，同时满足挂飞振动、自主飞振动、高低频振动和冲击等试验要求[4～5]。大电流EMI滤波器小型化、高可靠性、高频宽带的发展趋势[6]，又为密封式结构研制提出了新的考验——装配工艺、散热、高频耦合等。本文以研制一款15 A EMI滤波器的气密性金属封装产品为例，其与日本村田公司开放式结构BNX016-01兼容，针对装配工艺、散热、高频耦合等问题，从封装外形确定、内部结构布局入手，提出相应的工艺措施。

2 密封式封装设计思路

2.1 封装外形及结构

BNX016-01开放式结构的外形尺寸为12.0 mm× 11.0 mm×8.0 mm，密封式产品外形尺寸为14.0 mm× 13.0 mm×9.5 mm，四周尺寸放大1 mm，增大尺寸为金属壁厚。产品封装外形尺寸图见图1和图2。

图1 开放式BNX016-01外形图

图2 密封式BNX016-01产品封装外形图

2.2 内部结构布局

密封式BNX016-01产品结构设计时，充分考虑环境、电性能和可靠性等方面的要求。产品外壳为10#钢等金属并镀镍镀金处理，引脚采用玻璃绝缘子与外壳熔封，适应环境能力强；内部采用高导热树脂灌封，可以有效降低热阻，防止内部过热。内部电感器和电容器的设计考虑了内部体积和耦合等因素，保证了产品体积要求。产品结构示意图见图3。

图3 产品内部结构示意图

3 密封结构工艺实现

3.1 组件一体化设计

狭小的内部空间，并不利于挂线、焊接等装配工序的开展——尤其是冗余的内部连接线布置。通过组件模块化设计，有利于降低结构复杂度，使装配工序、组装工艺简单化，同时避免高频耦合现象。图4为银质特型内接线示意图，内部连接线预先成型后再组装。该内部连接线与线圈一体化设计并加工，不再绕制新线圈，有效减少了产品的直流电阻，从而减少发热量，保证了产品温升低于设计要求。

内部磁环采用中心穿孔的方式，将内部引脚作为电感器的一部分，简化了工艺操作，可靠性进一步提高。

3.2 凹槽辅助焊接结构

穿心电容直接安装在金属壳体上，利用金属壳体起到高频隔离的作用。但穿心电容耐高温、抗温度冲击能力差，这对于将穿心电容焊接于内部空间狭小的金属壳体上造成很大困难。电容容易在焊接过程中损坏。

图4 银质特型内接线示意图

传统的穿心电容安装方式使电容接地焊接不牢靠，接地电阻增大，降低了滤波电容器的旁路效果[6]。针对内部穿心电容定位难、不易焊接的问题，在保证焊接可靠性及高频隔离的前提下，设计了精确定位、精密配合、适于回流焊方式焊接的凹槽辅助焊接结构。该结构是在引脚底部预留平台，平台上铣出与电容配作的凹槽，外壳引脚通过间孔穿入穿心电容，电容四周被焊接在凹槽壁上，避免了传统工艺的缺陷，同时提高产品抗冲击和机械振动能力。凹槽辅助焊接结构示意图如图5所示。

图5 凹槽辅助焊接结构示意图

3.3 平行缝焊及玻璃封装

盖板封装采用平行缝焊工艺。平行缝焊气密性封装工艺可确保滤波器内部与外界环境的隔离，避免外界有害气体的侵蚀，限制封装腔体内水汽含量和对自由粒子的控制等[7]。金属气密外壳封装漏率小于4.2× 10-4Pa·cm3/s（He）。

玻璃封接金属外壳引线。金属引线和壳体采用玻璃烧结而成，4J50铁镍合金包铜和铁封玻璃形成匹配封接。引线结构为圆柱形金属引线。

3.4 Ni-Au复合镀

外表面采用Ni-Au复合镀，保证产品的可焊性、增进抗蚀能力。金属气密外壳材质见表1。

表1 密封式BNX016-01外壳主要材料

4 基本性能指标对比

BNX016-01与其密封式结构替代产品主要基本性能对比如表2所示，外形对比如图6（a）、（b）所示。

表2 BNX016-01与其密封式结构替代产品基本性能对比

5 气密性EMI滤波器可靠性试验

BNX016-01密封式结构替代产品鉴定试验经由第三方机构进行鉴定。相关试验项目、试验条件、技术要求如表3所示，该密封式结构能满足各项技术要求，鉴定结果合格。

图6 不同密封方式的BNX016-01产品封装外形对比图

6 结论

金属气密封装不利于产品散热、增加了装配工艺难度，容易发生产品内部高频耦合，极大增加了产品的密封设计难度。我们通过组件一体化设计、凹槽辅助焊接、平行缝焊、玻璃封装及Ni-Au复合镀等工艺措施有效解决了封装难题，密封式结构产品基本电性能等效于开放式结构同款产品，产品更适于盐雾、振动、冲击等恶劣工作环境。

表3 BNX016-01密封式结构产品可靠性试验

参考文献：

[1]卢晓焱，周元钧.飞机电源系统恒功率电子负载的EMI滤波器设计[J].电力电子，2007，4：29-32.

[2]谢坤.某型舰载电子设备冲击响应分析研究[D].武汉：华中科技大学，2009.

[3]魏应冬，吴燮华.开关电源EMI滤波器原理与设计研究[J].电源技术应用，2005,8（2）：36-40.

[4]何中伟，李寿胜．MCM-C金属气密封装技术[J].电子与封装，2006，6（9）：1-6.

[5]童震松，沈卓身.金属封装材料的现状及发展[J].电子与封装，2005，5（3）：6-15.

[6]曹桂英.高频宽带EMI滤波器的研究[D].成都：电子科技大学，2012.

[7]李宗亚，陈陶，仝良玉，等.平行缝焊工艺的热效应研究

[J].电子与封装，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