CN106340494B - 一种球形对接结构的电子芯片封装体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球形对接结构的电子芯片封装体，属于超声波焊接技术领域。该封装体包括盖板和盒体，盖板是具有一定厚度的圆形结构，该圆形结构的一侧的表面上有圆柱形的凸起结构，凸起结构与圆形结构相接处的表面上分布有环形焊道；盒体为一端开放一端封闭的空心圆柱体结构，开放端具有与盖板环形焊道对应的球形焊接结构；封闭端的端面为圆锥形面；盖板通过凸起结构与盒体的开放端配合装配在一起，球形焊接结构的前端插入盖板上的环形焊道中，利用超声波焊接将盖板和盒体焊接成一体，电子芯片被封装在盒体内部。本发明的封装体采用合理的焊接结构实现可靠封装，能够解决高压(70MPa)、高温(200℃)、冲击及振动载荷、酸碱性环境等复杂工况下针对极其有限空间内进行高可靠性、长寿命周期封装的问题。

Description

一种球形对接结构的电子芯片封装体

技术领域

本发明涉及一种封装结构，具体涉及一种用于封装电子芯片的封装体，属于超声波焊接技术领域。

背景技术

国家能源战略中提出重点开发海洋油气资源，我国深海油气资源开发装备队伍迎来了空前发展良机，作为深海油气资源开发装备队伍的重要成员，油管及其附属装置承担着输油输气的关键任务。而以电子芯片为代表的一系列电子元器件，承担着井下设备和深海勘探设备的全寿命周期的管理和维护使命，电子芯片中记录了管路的各种规格参数以及维护信息，电子芯片必须通过相应的封装结构可靠的安装在对应的管路上。无论在井下作业还是在深海作业，封装结构不可避免地，面临着极其严苛的要求以及极其恶劣的工况，作业环境具有高压、高温、酸弱性、振动的特点。

通常地，绝大多数的封装结构大多采用螺纹副配合，有些气密水密设备则采用橡胶密封圈作为密封、承压手段。螺纹副在加工工艺中需车削极其多的牙数，密封部位需要极其长的牙数，以期达到预期的密封效果，这种设计有以下缺点：占据了有限空间，消弱了耐压结构的强度，同时在具有严重腐蚀性的液体中螺纹配合极其容易被腐蚀失效，无法实现恶劣环境下密封和承压。与此同时，通常方案需配置防老化的高质量进口密封圈以期实现密封，橡胶密封圈周期长，价格贵，而且使用寿命极其有限。

采用超声波焊接也是封装结构的一种方式，目前的结构往往存在着以下缺点：首先，零件的空间限制导致的壁厚过小，使得封装体的刚度不足，进而产生墩粗现象，圆柱形封装在上端部收到来自超声波焊接机的气压作用力，设置为3MPa，由于壁厚只有1mm，传统的直接在壁厚上开一个环形槽0.5mm，将导致剩余壁厚只有1-0.5＝0.5mm，焊接时被严重墩粗；此外，传统的焊接工艺在薄壁管件无法设计比较好的定位部件，焊接时容易产生偏移进而导致废品率居高不下；现有焊接结构还存在焊接不密实，有泄漏的现象产生，原因是壁厚厚度过小导致的焊接线无法布置，因为焊接线过小导致的焊接强度不够，传统三角形焊线导致的剪切应力集中于局部。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种球形对接结构的电子芯片封装体，封装体采用合理的焊接结构实现可靠封装，能够解决高压(70MPa)、高温(200℃)、冲击及振动载荷、酸碱性环境等复杂工况下针对极其有限空间内进行高可靠性、长寿命周期封装的问题。

一种球形对接结构的电子芯片封装体，该封装体包括由聚醚醚酮材料制成的盖板和盒体，外围设备为电子芯片；

所述盖板是具有一定厚度的圆形结构，该圆形结构的一侧的表面上有圆柱形的凸起结构，凸起结构与圆形结构相接处的表面上分布有环形焊道；

所述盒体为一端开放一端封闭的空心圆柱体结构，开放端具有与盖板环形焊道对应的球形焊接结构；封闭端的外侧端面为圆锥形面；

盖板通过凸起结构与盒体的开放端配合装配在一起，球形焊接结构的前端插入盖板上的环形焊道中，利用超声波焊接将盖板和盒体焊接成一体，电子芯片被封装在盒体内部。

进一步地，所述聚醚醚酮的基材采用威格斯450，辅料采用玻纤和碳纤，两者比例之和小于45％；注塑的过程中的温度保持在390度，压力保持在30MPa。

进一步地，所述盒体的球形焊接结构为球形横截面，球形截面的外径位于中性面上，球形内部为与盒体内腔共形的孔道；中性面为与外径同心的半径为内径、外径平均值的圆柱面。

进一步地，所述盒体和盖板焊接后的封闭空腔内填充有填料函。

进一步地，所述环形焊道的宽度和深度分别为0.2和0.4mm，所述球形焊接结构的高度为1.14mm。

进一步地，所述盒体封闭端圆锥面的圆锥角为2°。

有益效果：

1、本发明盖板选取的厚度和材料在保证足以承受外压的同时，内部圆面不会有较大程度的内陷，进而出现压裂后导致具有酸性、腐蚀性的液体压入腔体，造成被封装的芯片压裂、腐蚀；也能避免内陷深度一旦较大，在中央凹陷最大的局部会产生应力集中，直接作用在电子元器件的上表面，造成不必要的损伤。

2、本发明聚醚醚酮采用的基材能够抵抗更高的压力，但是流动性差；辅料中的玻纤具有强化刚度的作用，碳纤具有自润滑的特性，具有较高的强度，同时具有较高的流动性，两者通过适当的比例混合注塑成型后使得材料具有良好的焊接性能。

3、本发明盒体上设计的焊接结构一方面能够将焊接的能量进行聚焦，产生更加强大的能量和高温，瞬间熔融焊料，另一方面，能够抵御来自上盖的振动，不仅减少有害的振动，将其转化为对焊接有促进作用的有益振动，此外还增大了局部的强度，不至于在还没有完全融化的时候发生压溃等不良现象。

4、本发明盒体底部具有一定锥度的圆锥底，具有承载更高压力更高温度工况的能力，其锥度设计盖板相同；盒体壁厚设计为具有抵御圆周面法向的压力和液压的能力。

5、本发明焊接结构的球形焊线与焊道两者相互结合，不仅不会产生偏焊、墩粗等现象，而且能够达到更高的焊接强度；两者焊接结构具有相互补充作用；两者能够增强产品的密封，增强产品的耐压能力，增强产品的生存能力。

附图说明

图1和2为本发明焊接前的结构示意图。

图3和4为本发明焊接后的结构示意图；

图5为盖板的结构示意图。

其中，1-盒体，2-盖板。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和2所示，本发明提供了一种球形对接结构的电子芯片封装体，该封装体包括盖板2和盒体1，外围设备为电子芯片；盖板2和盒体1的材料采用聚醚醚酮，聚醚醚酮的基材采用威格斯450，辅料采用20％的玻纤和15％的碳纤，两者比例之和小于45％；注塑的过程中的温度保持在390度，压力保持在30MPa。

如附图5所示，盖板2是具有一定厚度的圆形结构，圆形结构的厚度为1.4mm，外径为4.1mm；该圆形结构的一侧的表面上有圆柱形的凸起结构，凸起结构的外径为2.1mm，长度为0.95mm；凸起结构与圆形结构相接处的表面上分布有环形焊道，环形焊道的宽度和深度分别为0.2和0.4mm，所述球形焊接结构的高度为1.14mm。

盒体1为一端开放一端封闭的空心圆柱体结构，长度为19.14mm、外径为4.1mm、内径为2.1mm；开放端具有与盖板2环形焊道对应的球形焊接结构，盒体1的球形焊接结构为球形横截面，球形截面的外径位于中性面上，球形内部为与盒体1内腔共形的孔道；中性面为与外径同心的半径为内径、外径平均值的圆柱面；封闭端的端面为圆锥形面，该圆锥面的圆锥角为2°。

如附图3和4所示，盖板2通过凸起结构与盒体1的开放端配合装配在一起，球形焊接结构的前端插入盖板2上的环形焊道中，利用超声波焊接将盖板2和盒体1焊接成一体，电子芯片被封装在盒体2内部。

盒体1和盖板2焊接后的封闭空腔内填充有填料函以保障电子芯片在内部的稳定性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种球形对接结构的电子芯片封装体，其特征在于，该封装体包括该封装体包括由聚醚醚酮材料制成的盖板和盒体，外围设备为电子芯片；

所述盖板是具有一定厚度的圆形结构，该圆形结构的一侧的表面上有圆柱形的凸起结构，凸起结构与圆形结构相接处的表面上分布有环形焊道；

所述盒体为一端开放一端封闭的空心圆柱体结构，开放端具有与盖板环形焊道对应的球形焊接结构；封闭端的外侧端面为圆锥形面；

盖板通过凸起结构与盒体的开放端配合装配在一起，球形焊接结构的前端插入盖板上的环形焊道中，利用超声波焊接将盖板和盒体焊接成一体，电子芯片被封装在盒体内部。

2.如权利要求1所述的球形对接结构的电子芯片封装体，其特征在于，所述聚醚醚酮材料的基材采用威格斯450，辅料采用玻纤和碳纤，玻纤和碳纤比例之和小于45％；注塑的过程中的温度保持在390度，压力保持在30MPa。

3.如权利要求1或2所述的球形对接结构的电子芯片封装体，其特征在于，所述盒体的球形焊接结构为球形横截面，球形截面的外径位于中性面上，球形内部为与盒体内腔共形的孔道；中性面为与外径同心的半径为内径、外径平均值的圆柱面。

4.如权利要求3所述的球形对接结构的电子芯片封装体，其特征在于，所述盒体和盖板焊接后的封闭空腔内填充有填料函。

5.如权利要求4所述的球形对接结构的电子芯片封装体，其特征在于，所述环形焊道的宽度和深度分别为0.2和0.4mm，所述球形焊接结构的高度为1.14mm。

6.如权利要求5所述的球形对接结构的电子芯片封装体，所述盒体封闭端圆锥面的圆锥角为2°。