CN103759864A - 一种陶瓷封装结构及采用该陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷封装结构及采用该陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，本发明涉及压力敏感器件管壳的封装结构，还涉及采用了该陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳。以解决现有技术或者存在高温使用容易腐蚀、氧化，或者存在压力敏感器件管壳受热机械应力影响的问题。陶瓷封装结构采用陶瓷作为绝缘材料，在陶瓷表面高温烧结金属化层，并通过镍、金或Ag-Cu焊料作为过渡材料与金属管壳烧结形成密封结构。管壳包括引线、金属化层、密封环、焊料、陶瓷体、过渡层和管座，陶瓷体与管座的连接面设置有金属化层，陶瓷体与金属化层通过高温烧结成一体，金属化层与管座之间通过焊料的烧结作用形成过渡层，引线与密封环的内孔表面通过焊料烧结成一体。
Description
技术领域
本发明涉及压力敏感器件管壳的封装结构，本发明还涉及采用了该陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳。
背景技术
现有的压力敏感器件管壳主要有两种封装方式，一种是采用材料的线膨胀系数匹配原理，依靠金属表面生成的金属氧化物在牢固地附着在金属表面的同时,又能溶解到熔化的玻璃中,在金属氧化层与玻璃之间形成一个成分渐变的过渡层,该过渡层把玻璃和金属氧化层紧紧地粘结在一起,实现玻璃和金属的封接；以DM-308玻璃（一种含高硼成份的玻璃，线膨胀系数（20～300℃）4.7-5.0）作为绝缘材料，以铁镍钴玻封合金（牌号:4J29,执行标准:YB/T5231-1993，合金的线胀系数（20～400℃）4.6～5.2）作为支撑结构；在-60℃～+40O℃温度范围内具有一定的线膨胀系数匹配，能与DM-308玻璃进行牢固封接的管壳。这种方式的压力敏感器件管壳受铁镍钴玻封合金性能的约束，高温使用存在容易腐蚀、氧化等问题。
另一种是采用压力封接原理，以铬镍不锈钢（牌号:1Cr18Ni9Ti,执行标准:GB/T1220-1992，合金的线胀系数（20～500℃）17.1～18.4）作为支撑结构；以DM-308玻璃（一种含高硼成份的玻璃，线膨胀系数（20～300℃）4.7-5.0）作为绝缘材料，利用铬镍不锈钢与DM-308玻璃线膨胀系数的差值，使得在高温烧结时尺寸匹配的铬镍不锈钢结构材料与DM-308玻璃在使用温度下，产生过盈压力，利用DM-308玻璃的耐压特性实现压力密封结构；由于铬镍不锈钢表面不能生成金属氧化物，不能形成一个成分渐变的过渡层,铬镍不锈钢表面与DM-308玻璃没有形成有效的化学键，密封功能是依靠铬镍不锈钢表面与DM-308玻璃之间形成小于介质分子直径的间隙，有效强度依靠铬镍不锈钢表面与DM-308玻璃之间的摩擦力。这种方式的压力敏感器件管壳主要受热机械应力的影响，热应力可能会导致器件在热环境下做出异常的反应，在极端情况下，还会对敏感结构造成永久的机械损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷封装结构及采用该陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳；以解决现有技术或者存在高温使用容易腐蚀、氧化，或者存在压力敏感器件管壳受热机械应力影响的问题。
一种陶瓷封装结构，采用陶瓷作为绝缘材料，在陶瓷表面高温烧结金属化层，并通过镍、金或Ag-Cu焊料作为过渡材料与金属管壳烧结形成密封结构。
一种采用该陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，它包括引线1、金属化层2、密封环3、焊料4、陶瓷体5、过渡层6和管座7，陶瓷体5固定在管座7上，陶瓷体5与管座7的连接面设置有金属化层2，陶瓷体5与金属化层2通过高温烧结成一体，金属化层2与管座7之间通过焊料4的烧结作用形成过渡层6，引线1贯穿陶瓷体5，引线1穿出管座7方向的陶瓷体5外表面处设置有密封环3，密封环3与陶瓷体5之间通过焊料4烧结成一体，引线1与密封环3的内孔表面通过焊料4烧结成一体。
本发明中多种成分相混合的过渡层6使得应力分布更加合理，提高了产品的抗高温能力，并且极大地改善了整体结构的稳定性，使产品得以在较恶劣的环境条件下工作；管座上烧结的陶瓷介电常数较小（一般ε≤10），有非常优良的高频特性而且具有优良的热传导性，适合高频设计，在航空、航天、雷达、无线通讯、光电子、MEMS等应用领域具有独特的技术优势。
另外陶瓷体5的使用，提高了敏感器件的固有频率和稳定性。它具有体积小、重量轻、抗过载能力强、耐高温、抗振动、可靠性高、精度高、抗恶劣环境等特点。
附图说明
图1是本发明采用陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳的结构示意图。图2是另一种采用陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳的结构示意图，图2与图1中管座7的结构有所不同。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种陶瓷封装结构，采用陶瓷（AL2O3线膨胀系数（20～1000℃）7.1～7.7）作为绝缘材料，在陶瓷表面高温烧结金属化层，并通过镍或Ag-Cu焊料作为过渡材料与不同特性的金属管壳烧结形成密封结构。
陶瓷的材料包括Al2O3、SiC、BeO、TiO2、ZrO2、MgO、AlN、Si3N4或BN及其上述所有材料的混合物。
金属化层的材料包括钨、钼或锰及其上述所有材料的混合物。
选用Ag-Cu作为焊料时，烧结温度为790℃。
具体实施方式二：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式的一种采用陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，它包括引线1、金属化层2、密封环3、焊料4、陶瓷体5、过渡层6和管座7，陶瓷体5固定在管座7上，陶瓷体5与管座7的连接面设置有金属化层2，陶瓷体5与金属化层2通过高温烧结成一体，金属化层2与管座7之间通过焊料4的烧结作用形成过渡层6，引线1贯穿陶瓷体5，引线1穿出管座7方向的陶瓷体5外表面处设置有密封环3，密封环3与陶瓷体5之间通过焊料4烧结成一体，引线1与密封环3的内孔表面通过焊料4烧结成一体。
如图1所示。管座7上烧结的陶瓷体5介电常数较小（一般ε≤10），有非常优良的高频特性而且具有优良的热传导性，适合高频设计，在航空、航天、雷达、无线通讯、光电子、MEMS等应用领域具有独特的技术优势，为了实现与金属的管座7的密封连接，需要在高温下烧结钨作为过渡层，并通过镍或Ag-Cu焊料作为过渡材料与不同特性的金属的管座7烧结成密封结构，实现对SOI敏感芯片的支撑、保护、电气互联功能。
陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳具有体积小、重量轻、抗过载能力强、耐高温、抗振动、精度高、抗恶劣环境等特点，具有较高的稳定性和可靠性，并且具有易于装配，已经批量生产。
与采用线膨胀系数匹配的压力敏感器件管壳相比，陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳突破了管座金属材料的局限性，可实现多种金属材料的管座7如可伐、不锈钢、钽或Inconel625合金等。
引线1、密封环3的材料为可伐合金，其型号为4J29。
与采用压力封接原理的的压力敏感器件管壳相比，由于陶瓷封装材料如Al2O3实现MoMn金属化处理后，MoMn金属化涂层中的Mn向Al2O3内部扩散，而Al2O3陶瓷中的溶剂类氧化物向MoMn金属化涂层扩散，在烧结过程中，金属化涂层中的Mn大部分氧化为MnO,并在较高温度下陶瓷中的Al2O3，SiO2，CuO，等形成玻璃相，结合成Al2O3·MnO尖晶石，而基体与涂层中的熔体相互扩散，使得玻璃相填充于金属化涂层中金属相烧结体的空隙处，实现了陶瓷与金属化层的牢固连接，连接强度高于采用压力封接管壳。
具体实施方式三：本实施方式如图2所示：氧化铝陶瓷体5与金属化层2在真空环境下高温烧结；引线1、密封环3、管座7在连接处电镀镍层；引线1、密封环3、管座7与氧化铝陶瓷7通过Ag-Cu焊料4在保护气氛下烧结。
Claims (11)
1.一种陶瓷封装结构，其特征在于它采用陶瓷作为绝缘材料，在陶瓷表面高温烧结金属化层，并通过镍、金或Ag-Cu焊料作为过渡材料与金属管壳烧结形成密封结构。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷封装结构，其特征在于陶瓷的材料为AL2O3，其线膨胀系数在20～1000℃时7.1～7.7。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷封装结构，其特征在于陶瓷的材料包括SiC、BeO、TiO2、ZrO2、MgO、AlN、Si3N4或BN及其上述所有材料的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷封装结构，其特征在于金属化层的材料包括钨、钼或锰及其上述所有材料的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷封装结构，其特征在于选用Ag-Cu作为焊料时，烧结温度为790℃。
6.一种陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，其特征在于它包括引线（1）、金属化层（2）、密封环（3）、焊料（4）、陶瓷体（5）、过渡层（6）和管座（7），陶瓷体（5）固定在管座（7）上，陶瓷体（5）与管座（7）的连接面设置有金属化层（2），陶瓷体（5）与金属化层（2）通过高温烧结成一体，金属化层（2）与管座（7）之间通过焊料（4）的烧结作用形成过渡层（6），引线（1）贯穿陶瓷体（5），引线（1）穿出管座（7）方向的陶瓷体（5）外表面处设置有密封环（3），密封环（3）与陶瓷体（5）之间通过焊料（4）烧结成一体，引线（1）与密封环（3）的内孔表面通过焊料（4）烧结成一体。
7.根据权利要求6所述一种陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，其特征在于陶瓷体（5）的介电常数ε≤10。
8.根据权利要求6所述陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，其特征在于管座（7）的材质为可伐、不锈钢、钽或Inconel625合金。
9.根据权利要求6所述一种陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，其特征在于陶瓷体（5）为Al2O3，金属化层（2）为MoMn。
10.根据权利要求6所述一种陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，其特征在于氧化铝陶瓷体（5）与金属化层（2）在真空环境下高温烧结；引线（1）、密封环（3）、管座（7）在连接处电镀镍层；引线（1）、密封环（3）、管座（7）与氧化铝陶瓷体（5）通过Ag-Cu焊料（4）在保护气氛下烧结。
11.根据权利要求6所述一种陶瓷封装结构的压力敏感器件管壳，其特征在于引线（1）、密封环（3）的材料为可伐合金，其型号为4J29。
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