CN109494196B - 一种高硅铝合金封装外壳及其制作方法 - Google Patents

一种高硅铝合金封装外壳及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属玻璃封接领域，具体是涉及一种高硅铝合金封装外壳及其制作方法，包括壳体(1),所述壳体(1)上有玻璃封接孔(2)、钎焊孔(6)、盖板放置区(9)和螺纹孔(11)，所述玻璃封接孔(2)内为封接玻璃(3)、铁镍合金引线(4)，所述钎焊孔(6)为台阶孔，孔内放置钎焊焊料(7)、高频玻璃密封端子(5)，所述盖板放置区(9)内放置盖板(8)，所述盖板(8)与壳体(1)均为高硅铝合金材质，待芯片安装后，壳体(1)和盖板(8)的连接使用平头螺栓，穿过沉头孔(10)与所述螺纹孔(11)紧固，所述盖板(8)外四周与所述盖板放置区(9)外四周采用激光封焊确保整体密封。

Description

一种高硅铝合金封装外壳及其制作方法
技术领域
本发明属于金属玻璃封接领域，具体是涉及一种高硅铝合金封装外壳及其制作方法。
背景技术
目前在电子封装领域，外壳类产品的主要材质为：可伐合金、优质结构碳素钢、铝碳化硅等，这几种材料存在的问题，可伐合金被广泛应用是因为可以和玻璃匹配封接，保证气密，但散热性不好。优质结构碳素钢容易加工，但是重量大，不耐腐蚀。铝碳化硅价格贵，加工工艺复杂，属于多孔材料，容易吸附气体造成密封性误报，高硅铝合金材料应用于电子封装材料基座，外壳，盖板等，具有匹配性好，可提供更好的散热。该材料具有重量轻，高热导性，低热膨胀，高刚度，良好的机械加工与表面处理及焊接性能，材料致密性好，耐高温，耐腐蚀。
发明内容
本发明目的在于提供一种高硅铝合金封装外壳及其制作方法，本发明为大功率封装外壳结构优化和制作方法，制作出来的产品散热性好，延长封装大功率模块的使用寿命，可靠性增加同时满足低频和高频工作要求。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高硅铝合金封装外壳，其特征在于，包括壳体,壳体上有玻璃封接孔，钎焊孔，盖板放置区，螺纹孔。
进一步的，玻璃封接孔内为封接玻璃、铁镍合金引线。
进一步的，钎焊孔为台阶孔，孔内放置钎焊焊料、高频玻璃密封端子。
进一步的，盖板放置区内放置盖板。
进一步的，盖板与壳体均为高硅铝合金材质，待芯片安装后，壳体和盖板的连接使用平头螺栓，穿过沉头孔与螺纹孔紧固。盖板外四周与盖板放置区外四周采用激光封焊确保整体密封。
进一步的，壳体的硅含量为27％～70％，热膨胀系数为7.5～17*10-6m/K。封接玻璃膨胀系数为9～15*10-6m/K，熔封温度850℃～1000℃。铁镍合金引线膨胀系数为6～15*10- 6m/K。
进一步的，钎焊孔内为局部镀软金，金层厚度为0.3～0.5μm，钎焊焊料为环状金锡焊料，熔点温度温度为217℃～315℃，高频玻璃密封端子为全镀软金，金层厚度为0.8～1.27μm。
一种高硅铝合金封装外壳，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
1)清洗
使用5％碱性溶剂超声清洗去除高硅铝合金壳体、铁镍合金引线表面的油污。使用分析纯无水乙醇超声清洗封接玻璃、钎焊焊料和高频玻璃密封端子。
2)烘干
将清洗干净的物料使用烘箱烘干，烘箱温度为80℃～110℃。
3)装配
将准备好的壳体放入封装模具，玻璃坯放入封接孔，铁镍合金引线放入玻璃坯孔。
4)熔封
将装配好外壳，放入链式网带封装炉，炉温900℃～1050℃，总体熔封时间为3.5～4.5H，保护气氛为氮气。
5)电镀
将熔封好的半成品外壳，进行钎焊孔局部镀金处理，使用氨基磺酸镍进行电镀打底处理，镍层厚度为3～5μm，电镀软金层厚度为0.3～0.5μm。高频玻璃密封端子进行全镀金处理，打底镍层厚度为3～5μm，电镀软金厚度为0.8～1.27μm。
6)钎焊
将电镀后的半成品，装配到钎焊模具上，钎焊模具材质为陶瓷或者金属。将钎焊焊料放入钎焊孔，高频玻璃密封端子穿过钎焊焊料安装入钎焊孔。使用气氛扩散炉进行炉中钎焊，钎焊温度为270～370℃。气氛为氮氢混合气体，比例为:3:1、3:2、3:3，总体钎焊时间为1.5～3H。
7)性能检验
将钎焊好的成品高硅铝合金封装外壳，进行外观、密封、电性能等，进行检验，完成产品制作。
本发明具有以下有益的效果：
本发明高硅铝合金封装外壳，包括壳体，壳体上有封接孔和钎焊孔，低频输出端通过封接孔直接封装来实现，高频输出端因有驻波、介电常数要求,且和壳体一体加工成型难度大，加工成本几何倍增长。故高频输出端采用低温钎焊来实现，保证高频玻璃密封端子各项性能不受影响。制作出来的产品散热性好，延长封装大功率模块的使用寿命，可靠性增加同时满足低频和高频工作要求。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1、壳体；2、玻璃封接孔；3、封接玻璃；4、铁镍合金引线；5、高频玻璃密封端子；6、钎焊孔；7、钎焊焊料；8、盖板；9、盖板放置区；10、沉头孔；11、螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，高硅铝合金封装外壳，包括壳体1,壳体1上有玻璃封接孔2，钎焊孔6，盖板放置区9，螺纹孔11。玻璃封接孔2内为封接玻璃3，铁镍合金引线4。钎焊孔6为台阶孔，孔内放置钎焊焊料7、高频玻璃密封端子5。盖板放置区9内放置盖板8。盖板8与壳体1均为高硅铝合金材质，待芯片安装后，壳体1和盖板8的连接使用平头螺栓，穿过沉头孔10与螺纹孔11紧固。盖板8 外四周与盖板放置区9外四周采用激光封焊确保整体密封。壳体1的硅含量为 27％～70％，热膨胀系数为7.5～17*10-6m/K。封接玻璃3膨胀系数为9～15*10-6m/K，熔封温度850℃～1000℃。铁镍合金引线4膨胀系数为6～15*10-6m/K。钎焊孔6 内为局部镀软金，金层厚度为0.3～0.5μm，钎焊焊料7为环状金锡焊料，熔点温度为217℃～315℃，高频玻璃密封端子5为全镀软金，金层厚度为0.8～1.27μ m。
高硅铝合金封装外壳制备方法包括以下步骤：
1)清洗
使用5％碱性溶剂超声清洗去除高硅铝合金壳体、铁镍合金引线表面的油污。使用分析纯无水乙醇超声清洗封接玻璃、钎焊焊料和高频玻璃密封端子。
2)烘干
将清洗干净的物料使用烘箱烘干，烘箱温度为80℃～110℃。
3)装配
将准备好的壳体放入封装模具，玻璃坯放入封接孔，铁镍合金引线放入玻璃坯孔。
4)熔封
将装配好外壳，放入链式网带封装炉，炉温900℃～1050℃，总体熔封时间为3.5～4.5H，保护气氛为氮气。
5)电镀
将熔封好的半成品外壳，进行钎焊孔局部镀金处理，使用氨基磺酸镍进行电镀打底处理，镍层厚度为3～5μm，电镀软金层厚度为0.3～0.5μm。高频玻璃密封端子进行全镀金处理，打底镍层厚度为3～5μm，电镀软金厚度为0.8～1.27μm。
6)钎焊
将电镀后的半成品，装配到钎焊模具上，钎焊模具材质为陶瓷或者金属。将钎焊焊料放入钎焊孔，高频玻璃密封端子穿过钎焊焊料安装入钎焊孔。使用气氛扩散炉进行炉中钎焊，钎焊温度为270～370℃。气氛为氮氢混合气体，比例为:3:1、3:2、3:3，总体钎焊时间为1.5～3H。
7)性能检验
将钎焊好的成品高硅铝合金封装外壳，进行外观、密封、电性能等进行检验，完成产品制作。
下面结合附图对本发明的结构原理和制作步骤作进一步说明：
将壳体1、铁镍合金引线4放入5％碱性溶液超声清洗去除表面油污，将封接玻璃3、钎焊焊料7、高频玻璃密封端子5放入分析纯级无水乙醇超声清洗去除表面杂质。将清洗干净的壳体1、铁镍合金引线4、封接玻璃3、钎焊焊料、高频玻璃密封端子5使用烘箱进行烘干，温度95℃，时间30min。将烘干后的壳体1放入封装模具，铁镍合金引线4穿过封接玻璃3放置在玻璃封接孔2内。装配好的外壳放入链式网带封装炉，封装温度970℃，气氛保护为氮气，熔封时间3.5H。熔封好的半成品外壳进行钎焊孔6局部镀金处理，使用氨基磺酸镍进行电镀打底处理，镍层厚度为3μm，电镀软金层厚度为0.3μm。高频玻璃密封端子进行全镀金处理打底镍层厚度为4μm，电镀软金厚度为0.8μm。将电镀后的半成品，装配到陶瓷钎焊模具上，将钎焊焊料7放入钎焊孔6，高频玻璃密封端子5穿过钎焊焊料7安装入钎焊孔6，入气氛扩散炉进行炉中钎焊，钎焊温度为320℃，气氛为氮氢混合气体，比例为3:2。钎焊时间2.5H。将钎焊好的成品高硅铝封装外壳，进行进行外观、密封、电性能等进行检验，完成产品制作。
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做的任何简单修改，变更以及等效结构变换，均仍属本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高硅铝合金封装外壳，其特征在于包括壳体(1),所述壳体(1)上有玻璃封接孔(2)、钎焊孔(6)、盖板放置区(9)和螺纹孔(11)，所述玻璃封接孔(2)内为封接玻璃(3)、铁镍合金引线(4)，所述钎焊孔(6)为台阶孔，孔内放置钎焊焊料(7)、高频玻璃密封端子(5)，所述盖板放置区(9)内放置盖板(8)，所述盖板(8)与壳体(1)均为高硅铝合金材质，待芯片安装后，壳体(1)和盖板(8)的连接使用平头螺栓，穿过沉头孔(10)与所述螺纹孔(11)紧固，所述盖板(8)外四周与所述盖板放置区(9)外四周采用激光封焊确保整体密封。
2.一种高硅铝合金封装外壳的制作方法，包括权利要求1所述的高硅铝合金封装外壳，其特征在于还包括以下步骤：
1)清洗
使用5％碱性溶剂超声清洗去除高硅铝合金壳体、铁镍合金引线表面的油污，使用分析纯无水乙醇超声清洗封接玻璃、钎焊焊料和高频玻璃密封端子；
2)烘干
将清洗干净的物料使用烘箱烘干，烘箱温度为80℃～110℃；
3)装配
将准备好的壳体放入封装模具，玻璃坯放入封接孔，铁镍合金引线放入玻璃坯孔；
4)熔封
将装配好的外壳，放入链式网带封装炉，炉温900℃～1050℃，总体熔封时间为3.5～4.5H，保护气氛为氮气；
5)电镀
将熔封好的半成品外壳，进行钎焊孔局部镀金处理，使用氨基磺酸镍进行电镀打底处理，镍层厚度为3～5μm，电镀软金层厚度为0.3～0.5μm，高频玻璃密封端子进行全镀金处理，打底镍层厚度为3～5μm，电镀软金厚度为0.8～1.27μm；
6)钎焊
将电镀后的半成品，装配到钎焊模具上，钎焊模具材质为陶瓷或者金属，将钎焊焊料放入钎焊孔，高频玻璃密封端子穿过钎焊焊料安装入钎焊孔，使用气氛扩散炉进行炉中钎焊，钎焊温度为270～370℃，气氛为氮氢混合气体，氮气与氢气的比例为3:1或者3:2或者3:3，总体钎焊时间为1.5～3H；
7)性能检验
将钎焊好的成品高硅铝合金封装外壳，对外观、密封、电性能进行检验，完成产品制作。
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