CN112714575B

CN112714575B - 铝硅复合封装盖板及其制作方法

Info

Publication number: CN112714575B
Application number: CN202011603334.XA
Authority: CN
Inventors: 黄志刚; 赵飞; 徐东升
Original assignee: CETC 43 Research Institute
Current assignee: CETC 43 Research Institute
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2040-12-29
Also published as: CN112714575A

Abstract

本发明公开了一种铝硅复合封装盖板及其制作方法，所述铝硅复合封装盖板由板体和框体焊接构成，所述框体设于所述板体的外周缘、将所述板体围合，所述板体的材质为第一铝硅复合材料，所述框体的材质为第二铝硅复合材料，第一铝硅复合材料的硅含量与封装外壳壳体接近，第二铝硅复合材料的硅含量较低，采用两种不同材质的材料复合制成铝硅复合盖板，避免了铝硅封装外壳在加工、使用过程中出现的变形、鼓包等问题，极大提高了铝硅复合材料封装外壳的可靠性。

Description

铝硅复合封装盖板及其制作方法

技术领域

本发明属于电子元器件封装领域，具体涉及一种铝硅复合封装盖板及其制作方法。

背景技术

电子器件特别是高端器件正在向小型化、轻量化、高功率密度、多功能和高可靠性等方向发展，对作为其核心组成部分的气密性金属封装外壳在散热、重量、膨胀系数匹配等方面的要求也越来越高。

铝硅作为一种新型的复合材料，具有以下优点：(1)热膨胀系数在6-17ppm/℃范围之内可调，能够满足于壳体内部陶瓷基板、芯片等组装热膨胀系数匹配要求；(2)密度在2.3-2.7g/cm³之间，重量轻；(3)热导率≥120w/m·K，散热快，是一种理想的封装外壳基体材料。基于上述优点，铝硅材料受到封装外壳行业的广泛青睐。

在封装外壳领域中配套的盖板一般为薄板结构，长宽尺寸超过一定范围之后，盖板加工时容易产生变形，更为重要的是封装后加压检漏过程中容易出现鼓包现象。由于盖板与壳体在选材上有一定的差别，因此，封装后的器件热适配也存在一定的失效风险。同时，由于盖板膨胀系数大，壳体只能应用于平面封装，不能用于立体封装，如在盖板内表面组装电镀等。比如通常情况下，针对铝硅封装外壳而言，壳体材质一般选择AlSi(硅含量48％-53％)，盖板材质一般选择AlSi(硅含量22％～27％)，封盖工艺选择激光焊焊接，而为便于激光焊工艺实施，盖板结构一般为平板盖，由于AlSi(硅含量48％-53％)相对于AlSi(硅含量22％～27％)而言，硅含量更多一些，因此，其脆性更大一些、导热性稍差一些，通过激光封盖后容易出现盖板变形、热适配失效等缺陷，尤其是应用于高可靠气密性封装领域中劣势更加明显。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种铝硅复合封装盖板及其制作方法，该铝硅复合封装盖板有中间的板体部分和板体边缘的框体部分组成，且板体部分采用和框体部分不同硅含量的铝硅复合材料，两者焊接后可得到高强度的封装盖板，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种铝硅复合封装盖板，所述铝硅复合封装盖板用于封盖封装外壳壳体，所述封装外壳壳体的材质采用硅含量为x的AlSi，其中，x在48％-53％之间，所述铝硅复合封装盖板由板体和框体焊接构成，所述框体设于所述板体的外周缘、将所述板体围合，所述板体的材质为第一铝硅复合材料，所述框体的材质为第二铝硅复合材料，所述第一铝硅复合材料采用硅含量在x±6％的AlSi，所述第二铝硅复合材料采用硅含量在x-26％的AlSi。

进一步的，所述板体和框体的焊接方式选自激光焊或者钎焊。

进一步的，所述板体和框体焊接的接口方式选自对焊、拼焊或者搭焊。

进一步的，所述框体远离所述板体的边沿为台阶结构或无台阶结构。

本发明还提供了一种如前述任一项所述的铝硅复合封装盖板的制作方法，包括以下步骤：

获得板体：采用材质为第一铝硅复合材料的板材，按照设计尺寸，加工出板体；

获得框体：采用材质为第二铝硅复合材料的板材，按照设计尺寸，加工出框体；

获得铝硅复合封装盖板：将所述板体和框体组合后，焊接成整体。

进一步的，所述获得铝硅复合封装盖板的具体步骤为：将所述板体和框体组合后，采用激光焊焊接成整体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

该铝硅复合封装盖板，由板体和框体焊接而成，采用两种不同成分的复合材料再次复合，从而提高了盖板强度，得此封装盖板的结构强度高于一般的AlSi(硅含量22％～27％)的铝硅盖板，从而可以有效解决加工时的变形问题，以及封装后加压检漏时的易出现鼓包等问题，极大地提高封装外壳密封可靠性。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例中铝硅复合封装盖板的剖面结构示意图；

图2为图1中铝硅复合封装盖板的俯视面结构示意图；

图3为本发明另一较佳实施例中铝硅复合封装盖板的剖面结构示意图；

图4为图3中铝硅复合封装盖板的俯视面结构示意图；

图5为本发明一较佳实施例中板体10和框体20的接口对焊结构；

图6为本发明一较佳实施例中板体10和框体20的接口搭焊结构；

图7为图1中的铝硅复合封装盖板组装成的立体封装结构。

图中：板体10、框体20、芯片30、封装外壳壳体40。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，本文中所述的“硅含量”，如无特别的说明，均指的是质量分数。

本发明的一个实施例中公开了一种铝硅复合封装盖板，该铝硅复合封装盖板用于封盖封装外壳壳体40，该封装外壳壳体40的材质为铝硅复合材料AlSi，其硅含量为x，其中，x在48％-53％之间，比如AlSi(含量48％)、AlSi(含量49％)、AlSi(含量50％)、AlSi(含量53％)等在限定范围内的任一硅含量均可。由于通常盖板中采用的铝硅复合材料的硅含量低于封装外壳壳体40的，通过激光封盖后容易出现盖板变形、热适配失效等缺陷，导致封装壳体的气密性不佳。针对此，本发明中的铝硅复合封装盖板由板体10和框体20焊接构成，框体20设于板体10的外周缘、将板体10围合，该铝硅复合封装盖板中，板体10的材质为第一铝硅复合材料，框体20的材质为第二铝硅复合材料，第一铝硅复合材料和第二铝硅复合材料的选择根据封装外壳壳体40的材质进行选择，具体的说，所述第一铝硅复合材料采用硅含量在x±6％的AlSi，也就是说，板体10的材质选择与封装外壳壳体40的材质的硅含量相同或相近的，由于硅含量相近，其材料的膨胀系数、热导率等物理性能也比较接近；而第二铝硅复合材料采用硅含量在x-26％的AlSi，框体20的材质选择硅含量相较于封装外壳壳体40的材质更低的铝硅复合材料，通过设计板体10和框体20的材质不同，从而提高铝硅复合封装盖板的强度，使其满足后续的激光焊等焊接要求，保证封装外壳的高气密性。

进一步的，板体10和框体20的焊接方式选自激光焊或者钎焊，优选的，采用激光焊方式，从而可以为壳体内部组装工艺预留更多的温度梯度空间，为后续电镀工艺实施提供更多的选择。

进一步的，板体10和框体20焊接的接口方式选自对焊、拼焊或者搭焊。

进一步方案，框体20远离板体10的边沿为台阶结构或无台阶结构，可根据需要进行调整。

进一步的，图1和图2中示出了本发明中铝硅复合封装盖板的一种结构，其框体20设计为自板体10的边缘逐级向下的台阶结构，可以理解的是，图1和图2中示出的仅仅是其中一种台阶结构，根据壳体封口的不同，也可以设计多级台阶结构，没有特别的限定。

图3和图4中示出了另一种铝硅复合封装盖板的结构，其框体20设计为无台阶结构，框体20和板体10焊接为一平板。

图5示出了该铝硅复合封装盖板中板体10和框体20接口采用对焊的结构，图6示出了板体10和框体20接口搭焊的结构，可以理解的是，附图中仅仅是示例性的列出该铝硅复合封装盖板的封装结构，并不代表其仅能采用这些封装结构，具体应当以权利要求书为准。

本发明中还公开了一种如前述任一项所述的铝硅复合封装盖板的制作方法，包括以下步骤：

可以理解的是，这里的板体和框体的加工方式没有特别的限定，采用本领域中常规采用的加工方式均可，具体包括但不限于车加工、铣加工等。

优选的，所述获得铝硅复合封装盖板的具体步骤为：将所述板体和框体组合后，采用激光焊焊接成整体，采用不同的硅含量的铝硅复合材料，使得该铝硅复合封装盖板的强度得到提高，特别适用于激光焊焊接工艺，可以为壳体内部组装工艺预留更多的温度梯度空间，为后续电镀工艺实施提供更多的选择。

下面结合图1的结构采用激光焊焊接工艺得到图1中的铝硅复合封装盖板，具体步骤如下：

采用材质为AlSi(硅含量50％)的板材，加工成板体10；

采用材质为AlSi(硅含量27％)的板材，加工成的框体20；

将板体10和框体20对齐组装后，采用激光焊工艺焊接为一整体，得到铝硅复合封装盖板。

将该铝硅复合封装盖板与材质为AlSi(硅含量50％)的封装外壳壳体40进行封盖后，加工成封装外壳，其结构如图7中所示的，加工过程无变形，进行加压检漏无鼓包，经测试，该铝硅复合盖板的抗拉强度一般≥150MPa，密封可靠性一般达到≤1×10^-3Pa.cm³/s(He)，满足高气密性、高强度要求。并且从图7中可以看出，该铝硅复合封装盖板可以在盖板内表面进行组装电路，可将壳体应用领域从平面封装拓展至立体封装，从而极大的提高了封装壳体的应用灵活性。

对比例

采用材质为AlSi(硅含量27％)的板材，加工成同上述铝硅复合封装盖板尺寸的盖板，将其与材质为AlSi(硅含量50％)的封装外壳壳体进行封盖后，采用同上述实施例的过程进行焊接，加工过程中，盖板易变形，且加压检漏过程中发现鼓包。

可以看出，本发明中采用的铝硅复合封装盖板具有强度高，满足激光焊工艺要求的优势，可以实现铝硅封装外壳领域的高可靠气密性要求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种铝硅复合封装盖板，所述铝硅复合封装盖板用于封盖封装外壳壳体，所述封装外壳壳体的材质采用硅含量为x的AlSi，其中，x在48%-53%之间，其特征在于，所述铝硅复合封装盖板由板体和框体焊接构成，所述框体设于所述板体的外周缘、将所述板体围合，所述板体的材质与所述封装外壳壳体的材质硅含量相同或相近，所述框体的材质比所述封装外壳壳体的材质硅含量更低；

所述板体的材质为第一铝硅复合材料，所述框体的材质为第二铝硅复合材料，所述第一铝硅复合材料采用硅含量在x±6%的AlSi，所述第二铝硅复合材料采用硅含量在x-26%的AlSi。

2.如权利要求1所述的铝硅复合封装盖板，其特征在于，所述板体和框体的焊接方式选自激光焊或者钎焊。

3.如权利要求1所述的铝硅复合封装盖板，其特征在于，所述板体和框体焊接的接口方式选自对焊、拼焊或者搭焊。

4.如权利要求1所述的铝硅复合封装盖板，其特征在于，所述框体远离所述板体的边沿为台阶结构或无台阶结构。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的铝硅复合封装盖板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述获得铝硅复合封装盖板的具体步骤为：将所述板体和框体组合后，采用激光焊焊接成整体。