CN107591337B - 一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法 - Google Patents

一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法，属于增材制造技术领域；所要解决的技术问题是提供了一种利用超声波固结技术封装电子元器件的方法；解决该技术问题采用的技术方案为利用超声波固结装置将金属箔材逐层固结在一起，当金属箔材固结高度达到凹槽位置底部时按照电子元器件形状对当前层的金属箔材切割出孔洞，然后将带孔洞的箔材继续逐层固结，形成一个凹槽后安装电子元器件，添加熔融树脂对电子元器件进行固定，最后继续逐层固结金属箔材进行封口以封装电子元器件；本发明提供的电子元器件封装方法简单易行，价格低廉，可同时实现大批量生产；本发明可广泛应用于电子元器件封装领域。

Description

一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法
技术领域
本发明涉及一种电子元器件封装方法，具体涉及一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法，属于增材制造技术领域。
背景技术
随着电子工业发展，电子产品朝着小型化、便携化、多功能、高可靠和低成本方向发展。电子封装为满足各种电子产品的要求，已发展了多种多样的封装技术，涌现出大量的新理论、新材料、新工艺和新产品。电子封装正在和电子设计与制造一起，共同推动着信息化社会的发展。
在电路中，封装起着芯片保护、芯片支撑、芯片散热、芯片绝缘以及芯片与外电路连接的作用，因此对封装技术及封装材料提出了更高的要求。在航空航天、军工领域，对封装材料要求较高，要能够经受高温、高压的冲击，具有良好的力学性能，因此金属封装材料作为优选。为了更好测量装备的运行状态，往往需要将传感器植入设备的基体，如装甲内植入传感器，飞机蒙皮内植入传感器。然而传统的电子封装方法无法实现上述要求，主要是由于传统封装技术难以用金属材料封装结构复杂的电子器件，而且如果将传感器植入装甲或飞机蒙皮，往往是装甲及飞机蒙皮在加工过程中进行封装，此技术制备的装甲或蒙皮既要满足较高的力学性能要求，也要植入传感器件。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法，属于增材制造技术领域。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法，包括下述步骤：
（a）首先对需要封装电子元器件的零件进行建模，设置零件内部安装电子元器件的凹槽位置以及凹槽形状；
（b）利用Autofab软件，根据金属箔材的厚度，对步骤（a）中所得模型进行切片处理，生成mtt格式的数据文件，然后将该数据文件传入加工设备；
（c）根据零件内部安装电子元器件的凹槽位置和凹槽形状，设置切削刀的运动轨迹、切转速度以及切削速度；
（d）用砂纸打磨金属箔材，随后用酒精冲洗，并吹干；
（e）用超声波固结装置对金属箔材进行逐层固结，超声波功率为8kw-9kw，当固结高度达到步骤（a）中设置的凹槽位置底部时启动切削刀，按照步骤（a）中设置的凹槽形状对当前层的金属箔材进行切削，用废料吸盘将切下的废料吸走得到带孔洞的金属箔材，然后将切削完带孔洞的金属箔材继续逐层固结，形成能够安装电子元器件的凹槽；
（f）将电子元器件放入凹槽中；
（g）将熔融的树脂填充到凹槽中以稳固电子元器件；
（h）利用超声波固结装置继续在凹槽开口一侧固结金属箔材以封装电子元器件；
（i）最后对封装好电子元器件的零件进行导电性、抗压性和抗冲击性测试。
所述步骤（d）中用1500目砂纸对金属箔材进行打磨，随后用酒精冲洗，并吹干，该步骤主要是增加金属带间的接触面积，同时也是为了减少夹杂，影响固结效果。
所述金属箔材为铝合金，或为镁合金，或为钛合金；所述金属箔材的厚度为0.1-0.2mm。
所述步骤（c）中切削刀的切转速度为100r/min，切削速度为1m/min。
所述步骤（g）中的树脂为尼龙、或为ABS树脂、或为树脂裹覆砂、或为聚碳酸脂。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明提供的电子元器件封装方法能够将电子器件封装在金属内部，增加其抗压、抗冲击性能，可应用于航空航天、军工等极端条件。同时能够将传感器封装在零件内部，实时监测零件的运行情况。
2、利用此方法对有机玻璃片进行了封装实验，封装后测得的封装强度远高于现有技术中的封装强度，而且封装方法简单易行，无需加压装置，价格低廉，封装速度快，可同时实现大批量生产；封装后微结构没有形变或破坏；操作温度低，对包埋材料普适性强；封装产品适用范围广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1：
本实施例利用超声波固结技术的电子元器件封装方法包括下述步骤：
（a）首先对需要封装电子元器件的零件进行建模，设置零件内部安装电子元器件的凹槽位置以及凹槽形状。
（b）利用Autofab软件，根据铝合金厚度0.1mm，对步骤（a）中所得模型进行切片处理，生成mtt格式的数据文件，然后将该数据文件传入加工设备。
（c）根据零件内部安装电子元器件的凹槽位置和凹槽形状，设置切削刀的运动轨迹，切转速度设置为100r/min，切削速度设置为1m/min。
（d）用1500目砂纸对铝合金进行打磨，随后用酒精冲洗，并吹干，并吹干，该步骤主要是增加金属带间的接触面积，同时也是为了减少夹杂，影响固结效果。
（e）用超声波固结装置对铝合金进行逐层固结，超声波功率为8kw，当固结高度达到步骤（a）中设置的凹槽位置底部时启动切削刀，按照步骤（a）中设置的凹槽形状对当前层的铝合金进行切削，用废料吸盘将切下的废料吸走得到带孔洞的铝合金，然后将切削完带孔洞的铝合金继续逐层固结，形成能够安装电子元器件的凹槽。
（f）将电子元器件放入凹槽中。
（g）将熔融的尼龙填充到凹槽以稳固电子元器件。
（h）利用超声波固结装置继续在凹槽开口一侧固结铝合金以封装电子元器件。
（i）最后对安装好的电子器件的封装零件进行导电性、抗压性和抗冲击性测试。
利用实施例1中所述方法对有机玻璃片进行了封装实验，封装后测得的封装强度远高于现有技术中的封装强度，而且封装方法简单易行，无需加压装置，价格低廉，封装速度快，可同时实现大批量生产；封装后微结构没有形变或破坏；操作温度低，对包埋材料普适性强；封装产品适用范围广。
实施例2：
本实施例利用超声波固结技术的电子元器件封装方法包括下述步骤：
（a）首先对需要封装电子元器件的零件进行建模，设置零件内部安装电子元器件的凹槽位置以及凹槽形状。
（b）利用Autofab软件，根据镁合金厚度0.2mm，对步骤（a）中所得模型进行切片处理，生成mtt格式的数据文件，然后将该数据文件传入加工设备。
（c）根据零件内部安装电子元器件的凹槽位置和凹槽形状，设置切削刀的运动轨迹，切转速度设置为100r/min，切削速度设置为1m/min。
（d）用1500目砂纸对镁合金进行打磨，随后用酒精冲洗，并吹干，并吹干，该步骤主要是增加金属带间的接触面积，同时也是为了减少夹杂，影响固结效果。
（e）用超声波固结装置对镁合金进行逐层固结，超声波功率为9kw，当固结高度达到步骤（a）中设置的凹槽位置底部时启动切削刀，按照步骤（a）中设置的凹槽形状对当前层的镁合金进行切削，用废料吸盘将切下的废料吸走得到带孔洞的镁合金，然后将切削完带孔洞的铝合金继续逐层固结，形成能够安装电子元器件的凹槽。
（f）将电子元器件放入凹槽中。
（g）将熔融的ABS树脂填充到凹槽以稳固电子元器件。
（h）利用超声波固结装置继续在凹槽开口一侧固结镁合金以封装电子元器件。
（i）最后对安装好的电子器件的封装零件进行导电性、抗压性和抗冲击性测试。
实施例3：
本实施例利用超声波固结技术的电子元器件封装方法包括下述步骤：
（a）首先对需要封装电子元器件的零件进行建模，设置零件内部安装电子元器件的凹槽位置以及凹槽形状。
（b）利用Autofab软件，根据钛合金厚度0.15mm，对步骤（a）中所得模型进行切片处理，生成mtt格式的数据文件，然后将该数据文件传入加工设备。
（c）根据零件内部安装电子元器件的凹槽位置和凹槽形状，设置切削刀的运动轨迹，切转速度设置为100r/min，切削速度设置为1m/min。
（d）用1500目砂纸对钛合金进行打磨，随后用酒精冲洗，并吹干，并吹干，该步骤主要是增加金属带间的接触面积，同时也是为了减少夹杂，影响固结效果。
（e）用超声波固结装置对钛合金进行逐层固结，超声波功率为8kw，当固结高度达到步骤（a）中设置的凹槽位置底部时启动切削刀，按照步骤（a）中设置的凹槽形状对当前层的钛合金进行切削，用废料吸盘将切下的废料吸走得到带孔洞的钛合金，然后将切削完带孔洞的钛合金继续逐层固结，形成能够安装电子元器件的凹槽。
（f）将电子元器件放入凹槽中。
（g）将熔融的树脂裹覆砂填充到凹槽以稳固电子元器件。
（h）利用超声波固结装置继续在凹槽开口一侧固结钛合金以封装电子元器件。
（i）最后对安装好的电子器件的封装零件进行导电性、抗压性和抗冲击性测试。
实施例4：
本实施例利用超声波固结技术的电子元器件封装方法包括下述步骤：
（a）首先对需要封装电子元器件的零件进行建模，设置零件内部安装电子元器件的凹槽位置以及凹槽形状。
（b）利用Autofab软件，根据铝合金厚度0.2mm，对步骤（a）中所得模型进行切片处理，生成mtt格式的数据文件，然后将该数据文件传入加工设备。
（c）根据零件内部安装电子元器件的凹槽位置和凹槽形状，设置切削刀的运动轨迹，切转速度设置为100r/min，切削速度设置为1m/min。
（d）用1500目砂纸对铝合金进行打磨，随后用酒精冲洗，并吹干，并吹干，该步骤主要是增加金属带间的接触面积，同时也是为了减少夹杂，影响固结效果。
（e）用超声波固结装置对铝合金进行逐层固结，超声波功率为9kw，当固结高度达到步骤（a）中设置的凹槽位置底部时启动切削刀，按照步骤（a）中设置的凹槽形状对当前层的铝合金进行切削，用废料吸盘将切下的废料吸走得到带孔洞的铝合金，然后将切削完带孔洞的铝合金继续逐层固结，形成能够安装电子元器件的凹槽。
（f）将电子元器件放入凹槽中。
（g）将熔融的聚碳酸脂填充到凹槽以稳固电子元器件。
（h）利用超声波固结装置继续在凹槽开口一侧固结铝合金以封装电子元器件。
（i）最后对安装好的电子器件的封装零件进行导电性、抗压性和抗冲击性测试。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从那一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (2)

1.一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法，其特征在于包括下述步骤：
（a）首先对需要封装电子元器件的零件进行建模，设置零件内部安装电子元器件的凹槽位置以及凹槽形状；
（b）利用Autofab软件，根据金属箔材的厚度0.1mm，所述金属箔材为铝合金，或为镁合金，或为钛合金；对步骤（a）中所得模型进行切片处理，生成mtt格式的数据文件，然后将该数据文件传入加工设备；
（c）根据零件内部安装电子元器件的凹槽位置和凹槽形状，设置切削刀的运动轨迹，切转速度设置为100r/min，切削速度设置为1m/min；
（d）用1500目砂纸对铝合金进行打磨，随后用酒精冲洗，并吹干；
（e）用超声波固结装置对金属箔材进行逐层固结，超声波功率为8kw-9kw，当固结高度达到步骤（a）中设置的凹槽位置底部时启动切削刀，按照步骤（a）中设置的凹槽形状对当前层的金属箔材进行切削，并用废料吸盘将切下的废料吸走得到带孔洞的金属箔材，然后将切削完带孔洞的金属箔材继续逐层固结，形成能够安装电子元器件的凹槽；
（f）将电子元器件放入凹槽中；
（g）将熔融的树脂填充到凹槽中以稳固电子元器件；
（h）最后利用超声波固结装置继续在凹槽开口一侧固结金属箔材以封装电子元器件。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波固结技术的电子元器件封装方法，其特征在于所述步骤（g）中的树脂为尼龙、或为ABS树脂、或为树脂裹覆砂、或为聚碳酸脂。
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