CN109887888A - To玻璃金属封装管壳及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种TO玻璃金属封装管壳及制备方法，属于光电通信技术领域，包括DC引线组件和射频引线组件，DC引线组件包括不锈钢底座和多个DC引线，多个所述DC引线借助高介电常数玻璃与所述不锈钢底座封装焊接，所述不锈钢底座上设有射频孔；射频引线组件包括KOVAR圆环和射频引线，所述射频引线借助低介电常数玻璃与所述KOVAR圆环封装焊接；所述KOVAR圆环封装焊接于所述射频孔内。本发明提供的TO玻璃金属封装管壳，底座材质为不锈钢，成本低、散热快速，采用低膨胀低介电常数玻璃与射频引线和不锈钢底座实现一体封接，从而达到单通道高频传输对高阻抗高散热的要求。

Description

TO玻璃金属封装管壳及制备方法
技术领域
本发明属于光电通信技术领域，更具体地说，是涉及一种TO玻璃金属封装管壳及制备方法。
背景技术
TO玻璃金属封装外壳(TO是晶体管外壳TRANSISTOR OUTLINE的英文缩写)大规模应用于光电通信领域。为了满足传输的高速率、低成本和高散热的日益需求，采用不锈钢底座的单通道高阻抗TO封装管壳成为主流设计。
目前制备TO玻璃金属封接管壳的方法有两种：(1)采用KOVAR合金(可伐合金，也称铁镍钴合金)底座和射频引线与热膨胀系数相匹配的低介电常数玻璃进行封接；(2)采用不锈钢底座和射频引线与热膨胀系数相匹配的高介电常数玻璃进行封接。
然而采用KOVAR合金底座的TO管壳，由于KOVAR合金热导率较低，散热能力较差不能满足高速率管壳对散热的需求；而采用不锈钢底座的TO管壳，由于玻璃介电常数与热膨胀系数成正比，不锈钢热膨胀系数大，所需的封接玻璃热膨胀系数也要求相应的增大，所以对应的玻璃介电常数较大，很难满足高速率管壳对单通道高阻抗的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TO玻璃金属封装管壳，以解决现有技术中存在的管壳不能满足高速率管壳对散热、高阻抗需求的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种TO玻璃金属封装管壳，包括：
DC引线组件，包括不锈钢底座和多个DC引线，多个所述DC引线借助高介电常数玻璃与所述不锈钢底座封装焊接，所述不锈钢底座上设有射频孔；
射频引线组件，包括KOVAR圆环和射频引线，所述射频引线借助低介电常数玻璃与所述KOVAR圆环封装焊接；
所述KOVAR圆环封装焊接于所述射频孔内。
进一步地，所述不锈钢底座为圆柱体，所述射频孔设置于所述不锈钢底座的中心。
进一步地，所述射频孔为圆形孔。
进一步地，所述不锈钢底座的外表面、所述射频引线的外露部分和所述DC引线的外露部分均镀镍镀金。
进一步地，镍层厚度1.27-8.9μm，金层厚度0.3-3.0μm。
本发明另一目的在于提供一种TO玻璃金属封装管壳的制备方法，包括：
根据射频引线的直径和低介电玻璃介电常数设计低介电玻璃绝缘子的内径和外径及KOVAR圆环的内径和外径；
根据所述KOVAR圆环的外径设计射频孔的内径和用于焊接的焊料尺寸；
采用低介电常数玻璃，将所述KOVAR圆环和所述射频引线封装焊接为射频引线组件；
采用高介电常数玻璃，将不锈钢底座与DC引线进行封装焊接为DC引线组件；
将所述射频引线组件与所述DC引线组件封装焊接为底座组件；
将所述底座组件镀镍镀金制备成成品。
进一步地，所述采用低介电常数玻璃，将所述KOVAR圆环和所述射频引线封装焊接为射频引线组件的过程为：
将所述KOVAR圆环和所述射频引线在900-1200℃扩散炉中氧化5-10min；
将氧化处理的所述KOVAR圆环、所述射频引线和低介电常数玻璃用石墨模具装夹好后，在900-1100℃还原气氛的焊接炉中焊接，推舟速度20-100mm/min，冷却时间20-60min。
进一步地，所述采用高介电常数玻璃，将不锈钢底座与DC引线进行封装焊接为DC引线组件的过程为：
将所述不锈钢底座和所述DC引线进行镀镍处理，镍层厚度1.0-8.9μm；
将镀镍处理的所述不锈钢底座、所述DC引线和高介电常数玻璃用石墨模具装夹好后，在900-1100℃还原气氛的焊接炉中焊接，推舟速度20-100mm/min,冷却时间20-60min。
进一步地，所述将所述射频引线组件与所述DC引线组件封装焊接为底座组件的过程为：
采用AgCu焊料进行二次封装焊接为底座组件，焊接温度800-900℃，推舟速度20-100mm/min,冷却时间20-60min。
本发明提供的TO玻璃金属封装管壳及制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，通过上述方法，采用低膨胀系数低介电常数玻璃与KOVAR圆环先焊接后再与不锈钢底座焊接制备TO玻璃金属封接管壳，既实现了高散热的要求，又保证了高阻抗的需求，满足了高频信号的的传输发射，解决了由于无法制备高膨胀系数低介电常数玻璃从而无法制备具有高散热高阻抗TO管壳的制约问题。
本发明应用于玻璃金属封装管壳，对于单通道高频同轴传输外壳，其底座材质为不锈钢，成本低、散热快速，采用低膨胀低介电常数玻璃与射频引线和不锈钢底座实现一体封接，从而达到单通道高频传输对高阻抗高散热的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的TO玻璃金属封装管壳的立体结构示意图；
图2为图1提供的TO玻璃金属封装管壳的后视立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的DC引线组件的立体结构示意图；
图4为本发明所示的射频引线组件的立体结构示意图；
图5为本发明实施例提供的TO玻璃金属封装管壳的制备工艺流程图。
其中，图中标记：
1-DC引线组件；11-DC引线；12-高介电常数玻璃；13-不锈钢底座；14-射频孔；2-射频引线组件；21-低介电常数玻璃；22-射频引线；23-KOVAR圆环；24-台阶。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图4，现对本发明提供的TO玻璃金属封装管壳进行说明。所述TO玻璃金属封装管壳，包括DC引线组件和射频引线组件，DC引线组件包括不锈钢底座和多个DC引线，多个所述DC引线借助高介电常数玻璃与所述不锈钢底座封装焊接，所述不锈钢底座上设有射频孔；射频引线组件包括KOVAR圆环和射频引线，所述射频引线借助低介电常数玻璃与所述KOVAR圆环封装焊接；所述KOVAR圆环封装焊接于所述射频孔内。其中DC引线也即直流线。
本发明提供的TO玻璃金属封装管壳，与现有技术相比，采用低膨胀系数的低介电常数玻璃与KOVAR圆环先焊接后再与不锈钢底座焊接制备TO玻璃金属封接管壳，利用了不锈钢底座散热性能耗的特点和低介电常数玻璃阻抗大的特点，既实现了高散热的要求，又保证了高阻抗的需求，满足了高频信号的的传输发射，解决了由于无法制备高膨胀系数低介电常数玻璃从而无法制备具有高散热高阻抗TO管壳的制约问题。
本发明应用于玻璃金属封装管壳，对于单通道高频同轴传输外壳，其底座材质为不锈钢，成本低、散热快速、阻抗大，采用低膨胀低介电常数玻璃与射频引线和不锈钢底座实现一体封接，从而达到单通道高频传输对高阻抗高散热的要求。
请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的TO玻璃金属封装管壳的一种具体实施方式，所述不锈钢底座为圆柱体，所述射频孔设置于所述不锈钢底座的中心。射频孔与不锈钢底座同轴，三个DC引线均匀分布在以不锈钢底座的中心为圆心的同心圆上。
请参阅图3，作为本发明提供的TO玻璃金属封装管壳的一种具体实施方式，所述射频孔为圆形孔，低介电常数玻璃均匀封装在KOVAR圆环与不锈钢底座的射频孔的内壁之间。
参阅图1及图2，作为本发明提供的TO玻璃金属封装管壳的一种具体实施方式，所述不锈钢底座的外表面、所述射频引线的外露部分和所述DC引线的外露部分均镀镍镀金。镀镍起到保护的作用，镀金根据客户的需求而定。
请参阅图1至图2，作为本发明提供的TO玻璃金属封装管壳的一种具体实施方式，镍层厚度1.27-8.9μm，金层厚度0.3-3.0μm。可选地，镍层厚度1.3μm、2μm、3μm、4μm、4.5μm、5μm、6μm、7μm、8μm等数值，金层厚度0.5μm、0.8μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、2.7μm等数值。
请参阅图1及图5，作为本发明提供的TO玻璃金属封装管壳的一种具体实施方式，TO玻璃金属封装管壳的制备方法，制备步骤如下：
步骤一、根据射频引线直径和玻璃介电常数设计封装焊接的低介电常数玻璃的内径和外径及KOVAR圆环内径和外径。例如，高频传输要求阻抗为50Ω，根据阻抗计算公式Z0＝〔60/√εr〕×Ln(D/d)[欧]，式中，D为同轴KOVAR圆环内径；d为射频引线外径；εr为玻璃介电常数；
当射频引线直径d为0.25mm和玻璃介电常数为4.0时，则KOVAR圆环过孔内径D通过计算应该为1.30，所以KOVAR圆环外径D1可以设计为2.0-3.0mm，相应的玻璃绝缘子内径需要设计为0.25-0.30mm，外径设计为1.0-1.30mm。
步骤二、根据KOVAR圆环外径设计不锈钢射频孔内径和焊料尺寸。如此时KOVAR圆环的大外圆外径D1为2.00mm，小外圆外径D2为1.60mm(也即台阶处为小外圆)，则不锈钢底座射频孔大孔内径为2.00mm,公差0-0.10mm，小孔内径为1.60mm公差0-0.10mm，焊接焊料为AgCu焊料，焊料圆环外径2.00mm，公差0-0.10mm，内径1.60mm公差0-0.10mm，厚度0.05mm-1.00mm。
步骤三、将KOVAR圆环和射频引线与低介电常数玻璃进行封装焊接为射频引线组件。具体过程如下：
a)将KOVAR圆环与射频引线在900-1200℃扩散炉中氧化5-10min；
b)将氧化处理的KOVAR圆环与射频引线和低介电常数玻璃用石墨模具装夹好后，在900-1100℃还原气氛的焊接炉中焊接，推舟速度20-100mm/Min，冷却时间20-60min。上述各参数，可选地，射频引线在扩散炉的温度为1000℃、1100℃，氧化时间为6min、7min、8.5min、9min等；在焊接炉的温度为900℃、950℃、1000℃、1050℃等，推舟速度25mm/min、30mm/min、40mm/min、60mm/min、75mm/min、90mm/min等，冷却时间25min、30min、40min、45min、50min等。
步骤四、将不锈钢底座与DC引线和高介电常数玻璃进行封装焊接为DC引线组件。具体过程如下：
a)将不锈钢底座和DC引线进行镀镍处理，镍层厚度1.0-8.9μm；
b)将镀镍处理的不锈钢底座与DC引线和高介电常数玻璃用石墨模具装夹好后，在900-1100℃还原气氛的焊接炉中焊接，推舟速度20-100mm/Min,冷却时间20-60min。可选地，镍层厚度1.5μm、2μm、3μm、4.5μm、6μm、7μm、8μm等，在焊接炉的温度为900℃、950℃、1000℃、1050℃等，推舟速度25mm/min、30mm/min、40mm/min、60mm/min、75mm/min、90mm/min等，冷却时间25min、30min、40min、45min、50min等。
步骤五、将底座组件与射频引线组件采用AgCu焊料进行二次封装焊接为底座组件。焊接温度800-900℃，推舟速度20-100mm/Min,冷却时间20-60min；可选地，焊接温度为820℃、835℃、850℃、860℃、880℃等，推舟速度25mm/min、30mm/min、40mm/min、60mm/min、75mm/min、90mm/min等，冷却时间25min、35min、40min、45min、50min等。
步骤六、将底座组件进行镀镍镀金制备成成品。镍层厚度1.27-8.9μm，金层厚度0.3-3.0μm。
通过上述方法，采用低膨胀系数的低介电常数玻璃与KOVAR圆环先焊接后再与不锈钢底座焊接制备TO玻璃金属封接管壳，既实现了高散热的要求，又保证了高阻抗的需求，满足了高频信号的的传输发射，解决了由于无法制备高膨胀系数低介电常数玻璃，从而无法制备具有高散热高阻抗TO管壳的制约问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.TO玻璃金属封装管壳，其特征在于，包括：
DC引线组件，包括不锈钢底座和多个DC引线，多个所述DC引线借助高介电常数玻璃与所述不锈钢底座封装焊接，所述不锈钢底座上设有射频孔；
射频引线组件，包括KOVAR圆环和射频引线，所述射频引线借助低介电常数玻璃与所述KOVAR圆环封装焊接；
所述KOVAR圆环封装焊接于所述射频孔内。
2.如权利要求1所述的TO玻璃金属封装管壳，其特征在于，所述不锈钢底座为圆柱体，所述射频孔设置于所述不锈钢底座的中心。
3.如权利要求1所述的TO玻璃金属封装管壳，其特征在于，所述射频孔为圆形孔。
4.如权利要求1所述的TO玻璃金属封装管壳，其特征在于，所述不锈钢底座的外表面、所述射频引线的外露部分和所述DC引线的外露部分均镀镍镀金。
5.如权利要求4所述的TO玻璃金属封装管壳，其特征在于，镍层厚度1.27-8.9μm，金层厚度0.3-3.0μm。
6.如权利要求1-5任一项所述的TO玻璃金属封装管壳的制备方法，其特征在于，包括：
根据射频引线的直径和低介电玻璃介电常数设计低介电玻璃绝缘子的内径和外径及KOVAR圆环的内径和外径；
根据所述KOVAR圆环的外径设计射频孔的内径和用于焊接的焊料尺寸；
采用低介电常数玻璃，将所述KOVAR圆环和所述射频引线封装焊接为射频引线组件；
采用高介电常数玻璃，将不锈钢底座与DC引线进行封装焊接为DC引线组件；
将所述射频引线组件与所述DC引线组件封装焊接为底座组件；
将所述底座组件镀镍镀金制备成成品。
7.如权利要求6所述的TO玻璃金属封装管壳的制备方法，其特征在于，所述采用低介电常数玻璃，将所述KOVAR圆环和所述射频引线封装焊接为射频引线组件的过程为：
将所述KOVAR圆环和所述射频引线在900-1200℃扩散炉中氧化5-10min；
将氧化处理的所述KOVAR圆环、所述射频引线和低介电常数玻璃用石墨模具装夹好后，在900-1100℃还原气氛的焊接炉中焊接，推舟速度20-100mm/min，冷却时间20-60min。
8.如权利要求6所述的TO玻璃金属封装管壳的制备方法，其特征在于，所述采用高介电常数玻璃，将不锈钢底座与DC引线进行封装焊接为DC引线组件的过程为：
将所述不锈钢底座和所述DC引线进行镀镍处理，镍层厚度1.0-8.9μm；
将镀镍处理的所述不锈钢底座、所述DC引线和高介电常数玻璃用石墨模具装夹好后，在900-1100℃还原气氛的焊接炉中焊接，推舟速度20-100mm/min,冷却时间20-60min。
9.如权利要求6所述的TO玻璃金属封装管壳的制备方法，其特征在于，所述将所述射频引线组件与所述DC引线组件封装焊接为底座组件的过程为：
采用AgCu焊料进行二次封装焊接为底座组件，焊接温度800-900℃，推舟速度20-100mm/min,冷却时间20-60min。
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