CN101531474B - 一种玻璃金属多针接插件封接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃金属多针接插件封接工艺，将预封接的基座和多个芯柱分别进行退火、除油和除气处理，使用硼硅玻璃粉分别制成封接玻璃坯一和封接玻璃坯二，将封接玻璃坯一和封接玻璃坯二分别进行排蜡玻化、清洗、退火和除气处理，然后将基座、芯柱、封接玻璃坯一和封接玻璃坯二在已除气处理后的烧结模具中装配，再进行高温封接烧结，最后对烧结后的产品进行退火处理。本发明通过对各封接元件进行退火处理，同时利用“过渡环封工艺”，可以彻底解决非匹配封接中的炸裂问题；最后对封接好的产品进行退火处理，可以进一步防止产品裂纹的产生。
Description
技术领域
本发明属于金属与玻璃封接技术领域，尤其是涉及一种能有效防止和消除多针封接插件中玻璃炸裂问题的封接工艺。
背景技术
随着电子工业的飞速发展，玻璃与金属的封接技术在电子元件、半导体器件等领域的应用越来越广泛，能与玻璃进行封接的材料在不断增加，封接的形式也在不断增加。军用微电子器件的封装广泛采用金属外壳或陶瓷外壳实现气密封接，其中金属外壳大都采用Kovar合金即可伐合金为引线和基座与硼硅玻璃构成匹配封接。该类封接主要是依靠玻璃和金属的氧化膜相互浸润结合来实现封接，最大的优点就是气密性和可靠性非常好，但是也存在价格昂贵、加工困难、低导磁高电阻及焊接和耐腐蚀性能较差的缺点。
伴随着元器件的发展和需求，金属封装外壳朝着多品种、系列化方向发展。实际生产中，由于应用场合及要求的不同，对封接金属的选用也出现了差异，常常会出现用于高压，高机械应力和高温度应力场合的非匹配封接件。这种封接方式得以广泛采用的最大优点在于，用碳钢基座来代替Kovar基座，与Kovar引线及硅硼玻璃构成非匹配封接，这种非匹配封接容易加工，降低成本，且很大程度提高了焊接和抗蚀性能等，但是，使用传统封接方法在生产中常会出现玻璃炸裂现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种玻璃金属多针接插件封接工艺，通过对各封接元件进行退火处理，同时利用“过渡环封工艺”，可以彻底解决非匹配封接中的炸裂问题；最后对封接好的产品进行退火处理，可以进一步防止产品裂纹的产生。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种玻璃金属多针接插件封接工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将预封接的基座和多个芯柱在300-350℃的加热炉中保温退火20-30分钟，随炉冷却后，浸泡在加有金属清洗剂且温度为40-60℃的水中进行除油处理，20-30分钟后，将表面烘干，再将基座和芯柱在300-500℃的条件下进行除气处理，保温20-40分钟，并随炉冷却，其中，所述基座为开有多个接插通孔的碳钢基座，所述各芯柱为可伐合金芯柱；
步骤二：使用硼硅玻璃粉分别制成多个环形封接玻璃坯一和环形封接玻璃坯二，其中，所述各封接玻璃坯一的外径与所述接插通孔的直径相配合，各封接玻璃坯二的外径与封接玻璃坯一的内径相配合，各封接玻璃坯二的内径与芯柱的直径相配合，且封接玻璃坯二在20-300℃时热膨胀系数在芯柱热膨胀系数的+/-7×10-7/℃范围内；
步骤三：将封接玻璃坯一和封接玻璃坯二分别在加热温度为570-650℃的马弗炉中进行排蜡玻化处理，保温2-3个小时，随炉冷却后，放入酒精中清洗，将表面烘干，再在200-260℃的加热炉中保温退火20-30分钟，随炉冷却后，在300-400℃的加热炉中进行除气处理，保温20-40分钟并随炉冷却；
步骤四：将基座与已进行除气处理的烧结模具装配，再在基座的各接插通孔内对应装配芯柱、封接玻璃坯一和封接玻璃坯二，将装配后的烧结模具和各组件一起在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结，随炉冷却后，脱模，其中，所述烧结模具由石墨制成且开有多个安装通孔；
步骤五：将烧结后的产品在450-500℃的加热炉中保温退火20-30分钟，并随炉冷却。
所述步骤四还可以为：将多个芯柱和封接玻璃坯二对应装配在已进行除气处理的烧结模具上，再在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结，随炉冷却后，脱模，再将多个芯柱通过环形封接玻璃坯一对应装配在基座的各接插通孔内，将基座与已进行除气处理的烧结模具装配，并在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结并随炉冷却，其中，所述各烧结模具均由石墨制成且对应开有多个安装通孔。
所述烧结模具的除气处理为：将所述烧结模具在1000-1200℃的加热炉中保温20-40分钟，并随炉冷却。
所述各封接玻璃坯二的厚度在0.2mm以下。
所述网带炉中氮气的最大流量不超过10m3/h且纯度不低于99.9％。
所述各封接玻璃坯一由2532玻璃粉制成，所述各环形封接玻璃坯二由DM-305玻璃粉或DM-308玻璃粉制成。
所述各封接玻璃坯一由铁封玻璃粉制成，所述各环形封接玻璃坯二由DM-308玻璃粉或DM-305玻璃粉制成。
本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明对各封接元件即欲封接的基座、芯柱、封接玻璃坯一和封接玻璃坯二分别进行退火和除气处理，并对高温烧结时使用的烧结模具进行除气处理，使烧结完成后产品的易炸裂问题得到很大程度的改善和消除2、利用“过渡环封工艺”，即采用非匹配封接原理，在基座和芯柱之间装配封接玻璃坯一和封接玻璃坯二，并要求封接玻璃坯二的热膨胀系数靠近芯柱的热膨胀系数，这样能彻底解决非匹配封接中的炸裂问题。3、对封接好的产品进行退火处理，可以进一步消除裂纹的产生。经工业性实践证明，使用本方法制造产品的封接气密性可达到1.0×10-10Pa.m3/s，达到国军标的相关要求。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明中基座、芯柱、封接玻璃坯一和封接玻璃坯二的装配结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一：将预封接的基座2和多个芯柱1先进行退火处理，即在300-350℃的加热炉中保温退火20-30分钟，其中，优选在350℃的马弗炉中保温退火20分钟，随炉冷却；再进行除油处理，即将基座2和多个芯柱1浸泡在加有金属清洗剂的40-60℃的水中20-30分钟，其中，优选在浸泡在加有金属清洗剂的50℃的水中25分钟，表面烘干；最后，进行除气处理，即将基座2和多个芯柱1在300-500℃的加热炉中保温20-40分钟，其中，优选温度为350℃，优选时间为25分钟，随炉冷却。
基座1为开有多个接插通孔的碳钢基座，本实施例中，基座1使用SPCC碳钢基座，即基座1由冷轧碳素钢薄板制成，且基座1在20-300℃时的热膨胀系数为115-124×10-7/℃；芯柱2为可伐合金芯柱又称4J29芯柱，即芯柱2在20-300℃时的热膨胀系数为47×10-7/℃。
步骤二：使用硼硅玻璃粉分别制成多个环形封接玻璃坯一3和环形封接玻璃坯二4，其中，各封接玻璃坯一3的外径与接插通孔的直径相配合，各封接玻璃坯二4的外径与封接玻璃坯一3的内径相配合，封接玻璃坯二4的内径与芯柱1的直径相配合，且要求封接玻璃坯二4在20-300℃时热膨胀系数在芯柱1热膨胀系数的+/-7×10-7/℃范围内；其中，优选各封接玻璃坯4的厚度在0.2mm以下。本实施方式中，使用热膨胀系数为(65-75)×10-7/℃的2532玻璃粉(可从北京异彩工贸有限公司购得)制得封接玻璃坯一3，使用热膨胀系数为48×10-7/℃的DM-308玻璃粉制得环形封接玻璃坯二4。
步骤三：将各封接玻璃坯一3和封接玻璃坯二4分别进行排蜡玻化处理，即分别放入在加热温度为570-650℃的马弗炉中保温2-3个小时，随炉冷却后，放入酒精中清洗，将表面烘干，再进行退火处理，即在200-260℃的加热炉中保温20-30分钟，其中，优选在保温温度为200℃的马弗炉中退火，随炉冷却后，在300-400℃的马弗炉中进行除气处理，保温20-40分钟并随炉冷却；
步骤四：将基座2与已进行除气处理的烧结模具装配，再在基座2的各接插通孔内对应装配芯柱1、封接玻璃坯一3和封接玻璃坯二4，将装配后的烧结模具和各组件一起在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结，随炉冷却后，脱模。其中，所述烧结模具由石墨制成且开有多个安装通孔，且烧结模具的除气处理为：将烧结模具在1000-1200℃的加热炉中保温20-40分钟，并随炉冷却。另外，网带炉中氮气的最大流量不超过10m3/h且纯度不低于99.9％，且烧结温度优选1020℃。
步骤五：将烧结后的产品在450-500℃的加热炉中保温退火20-30分钟，并随炉冷却即可。其中，优选温度为450℃。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：本实施方式的步骤5中将各芯柱1和封接玻璃坯二4先进行预烧结，即将各芯柱1和封接玻璃坯二4对应装配在已进行除气处理的烧结模具上，再在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结，随炉冷却后，脱模；再将已完成预烧结的多个芯柱1通过环形封接玻璃坯一3对应装配在基座2的各接插通孔内，再将基座2与已进行除气处理的烧结模具装配后，在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结并随炉冷却。其中，两次烧结过程中使用的烧结模具均由石墨制成且开有多个安装通孔，烧结模具的除气处理为：将烧结模具在1000-1200℃的加热炉中保温20-40分钟，并随炉冷却。另外，两次烧结过程中网带炉中氮气的最大流量不超过10m3/h且纯度不低于99.9％，且烧结温度优选1020℃。
作为其他的优选实施例：封接玻璃坯一3由2532玻璃粉制成，且各环形封接玻璃坯二4由热膨胀系数为49×10-7/℃的DM-305玻璃粉制成。封接玻璃坯一3由热膨胀系数为(92-98)×10-7/℃的铁封玻璃粉即TF玻璃粉制成，各环形封接玻璃坯二4由DM-308玻璃粉或DM-305玻璃粉制成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种玻璃金属多针接插件封接工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将预封接的基座(2)和多个芯柱(1)在300-350℃的加热炉中保温退火20-30分钟，随炉冷却后，浸泡在加有金属清洗剂且温度为40-60℃的水中进行除油处理，20-30分钟后，将表面烘干，再将基座(2)和芯柱(1)在300-500℃的条件下进行除气处理，保温20-40分钟，并随炉冷却，其中，所述基座(2)为开有多个接插通孔的碳钢基座，所述各芯柱(1)为可伐合金芯柱；
步骤二：使用硼硅玻璃粉分别制成多个环形封接玻璃坯一(3)和环形封接玻璃坯二(4)，其中，所述各环形封接玻璃坯一(3)的外径与所述接插通孔的直径相配合，各环形封接玻璃坯二(4)的外径与环形封接玻璃坯一(3)的内径相配合，各环形封接玻璃坯二(4)的内径与芯柱(1)的直径相配合，且环形封接玻璃坯二(4)在20-300℃时热膨胀系数在芯柱(1)热膨胀系数的+/-7×10-7/℃范围内；
步骤三：将环形封接玻璃坯一(3)和环形封接玻璃坯二(4)分别在加热温度为570-650℃的马弗炉中进行排蜡玻化处理，保温2-3个小时，随炉冷却后，放入酒精中清洗，将表面烘干，再在200-260℃的加热炉中保温退火20-30分钟，随炉冷却后，在300-400℃的加热炉中进行除气处理，保温20-40分钟并随炉冷却；
步骤四：将基座(2)与已进行除气处理的烧结模具装配，再在基座(2)的各接插通孔内对应装配芯柱(1)、环形封接玻璃坯一(3)和环形封接玻璃坯二(4)，将装配后的烧结模具和各组件一起在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结，随炉冷却后，脱模，其中，所述烧结模具由石墨制成且开有多个安装通孔；或者，将多个芯柱(1)和环形封接玻璃坯二(4)对应装配在已进行除气处理的烧结模具上，再在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结，随炉冷却后，脱模，再将多个芯柱(1)通过环形封接玻璃坯一(3)对应装配在基座(2)的各接插通孔内，将基座(2)与已进行除气处理的烧结模具装配，并在保护气体为氮气且温度为900-1200℃的网带炉中熔封烧结并随炉冷却，其中，所述烧结模具由石墨制成且对应开有多个安装通孔；
步骤五：将烧结后的产品在450-500℃的加热炉中保温退火20-30分钟，并随炉冷却。
2.按照权利要求1所述的一种玻璃金属多针接插件封接工艺，其特征在于所述烧结模具的除气处理为：将所述烧结模具在1000-1200℃的加热炉中保温20-40分钟，并随炉冷却。
3.按照权利要求1所述的一种玻璃金属多针接插件封接工艺，其特征在于：所述各环形封接玻璃坯二(4)的厚度在0.2mm以下。
4.按照权利要求1所述的一种玻璃金属多针接插件封接工艺，其特征在于：所述网带炉中氮气的最大流量不超过10m3/h且纯度不低于99.9％。
5.按照权利要求1所述的一种玻璃金属多针接插件封接工艺，其特征在于：所述各环形封接玻璃坯一(3)由铁封玻璃粉制成，所述各环形封接玻璃坯二(4)由DM-308玻璃粉或DM-305玻璃粉制成。
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