CN112750582A - 陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，包括以下步骤：步骤(1)、设计并加工自定位嵌入式模具；步骤(2)、准备零部件和模具：金属框架清洗、退火、镀镍后待用；陶瓷部件镀镍后焊接上引线待用；成品焊料直接使用；金属热沉直接使用；对步骤(1)设计加工好的模具进行清洁，退火后待用；步骤(3)、装架钎焊：将金属框架、引线瓷件、成品焊料和金属热沉对应放入在自定位嵌入式装架模具中；完成该步骤后，将装架好零部件的模具放入钎焊炉完成成品钎焊。本发明方法制作的嵌入式装架模在保证钎焊质量的前提下，减小了焊料的使用量，显著减小外壳内腔焊料的流散。
Description
方法领域
本发明涉及电子封装的装架钎焊方法领域，尤其涉及一种陶瓷绝缘子微波封装外壳自定位装架与钎焊方法。
背景方法
在目前的电子封装领域，金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子微波封装外壳的传统的装架模式为：在平板式模具上按照自下而上的顺序依次摆放金属热沉、成品焊料、瓷件绝缘子部件、金属框架和金属压塞，然后在显微镜下进行逐一拨正，进入钎焊炉完成成品钎焊。
采用该工艺有以下几个问题：1)由于正向装架的方式，即芯腔朝上，这样导致芯腔内部尺寸无法通过一体的装架模具进行定位。传统装架方法需要显微镜放大后逐一拨正，费时费力，生产效率低，难以满足产品批量化的生产需求。2)正向装架的方式，成品焊料处于瓷件绝缘子的下方，无法利用重力作用流散覆盖瓷件金属化层，导致焊料量使用较多，焊料芯腔内流散严重，不利于芯片贴合热沉，外壳质量不高。3)人工显微镜下拨正导致产品成品率和一致性较低，个体之间难免有一定的差异，甚至造成尺寸超差。4)因为陶瓷组件在最下层与模具直接接触，往往造成沾污，影响外观质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，该方法不需压塞和人工拨正，实现金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架。
实现本发明目的的方法解决方案为：一种陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，包括以下步骤：
步骤(1)、设计并加工自定位嵌入式模具，包括：
1)根据金属框架的外围长度尺寸、宽度尺寸、高度尺寸、厚度尺寸和成品焊料厚度尺寸，配合合理的尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的框架定位槽外侧长度尺寸、外侧宽度尺寸，内侧长度尺寸、宽度尺寸和高度尺寸；
2)根据绝缘子上筋的宽度尺寸、高度尺寸和两绝缘子外端距离，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的绝缘子上筋定位槽的宽度外侧尺寸、内侧尺寸和高度尺寸；
3)根据绝缘子底部的宽度尺寸、长度尺寸和高度尺寸，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的绝缘子底部定位槽的外侧宽度尺寸、内侧宽度尺寸长度尺寸和高度尺寸；
4)根据封装外壳的引线高度尺寸、引线宽度尺寸和厚度尺寸，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的引线定位槽高度尺寸和宽度尺寸；
5)根据热沉的长度尺寸、宽度尺寸、厚度尺寸和焊料厚度，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的热沉定位槽的长度尺寸、宽度尺寸和高度尺寸；
6)根据封装外壳的内腔长度尺寸、宽度尺寸和外壳总高，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的芯腔通孔的长度尺寸、宽度尺寸和模具总高；
7)根据封装外壳的总长、总宽，配合合理尺寸公差，设封装外壳的自定位嵌入式装架模具单体间距尺寸和模具整体尺寸；
8)根据上述设计的自定位装架模具三维尺寸，绘制封装外壳的自定位嵌入式装架模具的设计图纸，进行模具的机械加工成型；
步骤(2)、准备零部件和模具：
1)金属框架清洗、退火、镀镍后待用；
2)陶瓷部件镀镍后焊接上引线待用；
3)成品焊料直接使用；
4)金属热沉直接使用；
5)对步骤(1)设计加工好的模具进行清洁，退火后待用；
步骤(3)、装架钎焊：将金属框架、引线瓷件、成品焊料和金属热沉对应放入在自定位嵌入式装架模具中；完成该步骤后，将装架好零部件的模具放入钎焊炉完成成品钎焊。
进一步的，步骤(3)中所述自定位嵌入式装架模具中的金属框架、引线瓷件、成品焊料和金属热沉自下而上依次叠加，芯腔朝下，倒置装架。
进一步的，所述步骤(1)采用倒置装架方式设计出自定位装架模具三维尺寸。
进一步的，所述步骤(1)中进行模具的机械加工成型为采用石墨材料机械加工成型。
本发明与现有方法相比，其显著优点为：
1)通过模具的自定位嵌入式设计以及合理的尺寸设计，实现金属框架、陶瓷绝缘子部件、焊料和热沉的自定位装架，不需要放置定位塞和显微镜下拨正，简化装架工序，提高了装架效率，降低装架人员劳动强度；
2)通过自定位嵌入式模具的尺寸设计，对镶嵌类微波封装外壳的成品尺寸尤其是芯腔尺寸进行了有效限制，避免了成品的尺寸超差现象，提高了外壳的装架成品率和质量一致性。
3)采用金属框架、陶瓷绝缘子部件、焊料和热沉从下自上的装架步骤，重量最大的热沉部件置于最上层，置于中间层的钎焊焊料熔融过程中利用热沉的自身重力实现焊缝的压实，可以有效减小钎焊的焊缝和焊料用量，这样就省略了加压塞的工序，提高了生产效率和成品率，焊料用量的减少可以有效控制焊料在芯腔内的流散，显著提高了成品外壳的质量。
附图说明
图1是金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架模具单体图。
图2是金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架模具整体图。
图3是金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子微波封装外壳的下组件示意图。
具体实施方式
本发明适用于一种陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，发方法用于金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子封装外壳，包括以下步骤：
(1)模具设计，包括：
1)根据框架的外围长度尺寸X1、宽度尺寸Y1、高度尺寸Z1、厚度尺寸H1和成品焊料厚度尺寸t1，配合合理的尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的框架定位槽外侧长度尺寸x1、外侧宽度尺寸y1，内侧长度尺寸x11、宽度尺寸y11和高度尺寸z1。
2)根据绝缘子上筋的宽度尺寸X2、和高度尺寸Z2和两绝缘子外端距离D1，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的绝缘子上筋定位槽的宽度外侧尺寸x2、内侧尺寸x22和高度尺寸z2。
3)根据绝缘子底部的宽度尺寸X3、长度尺寸Y3和高度尺寸Z3，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的绝缘子底部定位槽的外侧宽度尺寸x3、内侧宽度尺寸x33长度尺寸y3和高度尺寸z3。
4)根据封装外壳的引线到底高度尺寸Z4、引线宽度尺寸Y4、厚度尺寸t2，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的引线定位槽高度尺寸z4、宽度尺寸y4。
5)根据热沉的长度尺寸X5、宽度尺寸Y5、厚度尺寸Y5和焊料厚度t3配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的热沉定位槽的长度尺寸x5、宽度尺寸y5、高度尺寸z5。
6)根据封装外壳的内腔长度尺寸X6、宽度尺寸Y6和外壳总高Z6，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的芯腔通孔的长度尺寸x6、宽度尺寸y6和模具总高z6。
7)根据封装外壳的总长X7、总宽Y7，配合合理尺寸公差，设封装外壳的自定位嵌入式装架模具单体间距尺寸x7、y7和模具整体尺寸x8、y8。
8)根据上述“1)～7)”设计的自定位装架模具三维尺寸，绘制封装外壳的自定位嵌入式装架模具的设计图纸，进行模具的机械加工成型。
(2)零部件、模具准备：
1)金属框架清洗、退火、镀镍后待用；
2)陶瓷部件镀镍后焊接上引线待用；
3)成品焊料直接使用；
4)金属热沉直接使用；
5)按照步骤(1)设计加工好的石墨模具清洁、退火后待用；
(3)装架钎焊：将金属框架、焊接好引线的陶瓷绝缘子、成品焊料和金属热沉由下向上依次对应放入在自定位嵌入式装架模具中。完成该步骤后，将装架好零部件的模具平稳放入钎焊炉采用高温钎焊工艺完成成品钎焊。
进一步的，壳零部件金属框架、引线瓷件、成品焊料、金属热沉自下而上依次叠加，芯腔朝下，倒置装架。
进一步的，采用这种倒置装架方式，根据零件尺寸和适当的尺寸公差，一般范围在±0.03mm～±0.10mm，设计出装架模具的X、Y、Z三个方向的尺寸。
进一步的，根据封装外壳的图纸要求绘制模具图纸，使用石墨材料据图纸机械加工出装架模具。
进一步的，金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子微波封装外壳的待用零部件自下而上装架入模具后，无需加重塞，平稳送入钎焊炉，高温下完成钎焊工艺。
进一步的，采用倒置装架的方法后，焊料置于瓷件上方，熔融焊料借助重力作用向下流散覆盖瓷件金属化表面，在保证管壳钎焊质量前提下，焊料减为传统装架方式1/3，减小焊料流散，提高芯腔平整度。
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例
对照图3，金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子微波封装外壳A，其结构包括金属框架、热沉、引线、陶瓷组件和银铜焊料，其中银铜焊料放置在陶瓷组件、金属框架和热沉之间，在钎焊温度下四者焊接为一体。
(1)模具设计
1)根据框架的外围长度尺寸(15.70)、宽度尺寸(16.10)、高度尺寸(3.00)、厚度尺寸(0.6)和成品焊料厚度尺寸(0.10)，配合合理的尺寸公差，设计外壳的自定位嵌入式装架模具的框架定位槽外围长度尺寸(15.85)、外围宽度尺寸(16.30)，内围长度尺寸(14.70)、宽度尺寸(14.25)和高度尺寸(4.26)。
2)根据绝缘子上筋的宽度尺寸(1.05)、和高度尺寸(0.94)和两绝缘子外端距离(12.80)，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的绝缘子上筋定位槽的宽度外侧尺寸(16.28)、内侧尺寸(13.85)和高度尺寸(3.01)。
3)根据绝缘子底部的宽度尺寸(2.20)、长度尺寸(3.14)和高度尺寸(1.00)，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的绝缘子底部定位槽的外侧宽度尺寸(17.26)、内侧宽度尺寸(12.74)、长度尺寸(3.66)和高度尺寸(2.28)。
4)根据外壳的引线到底高度尺寸(2.40)、引线宽度尺寸(0.6)、厚度尺寸(0.10)，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的引线定位槽高度尺寸(2.46)、宽度尺寸(1.64)。
5)根据热沉的长度尺寸(17.40)、宽度尺寸(24.00)、厚度尺寸(1.40)和焊料厚度(0.10)配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的热沉定位槽的长度尺寸(17.50)、宽度尺寸(24.12)、高度尺寸(1.35)。
6)根据外壳的内腔长度尺寸(12.80)、宽度尺寸(14.50)和外壳总高(4.40)，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的芯腔通孔的长度尺寸(9.86)、宽度尺寸(10.36)和模具总高(6.00)。
7)根据封装外壳的总长(17.40)、总宽(24.00)，配合合理尺寸公差，外壳A的自定位装架模具单体如图1所示，设封装外壳的自定位嵌入式装架模具单体间距尺寸(32.00)、(26.00)和模具整体尺寸(288.00)、(52.00)如图2所示。
8)根据设计的自定位装架模具三维尺寸，绘制封装外壳的自定位嵌入式装架模具的设计图纸，进行模具的机加工成型。
(2)零件准备：陶瓷部件镀镍后焊接上引线待用，框架清洗、退火、镀镍后待用，热沉直接使用，焊料直接使用，加工好的石墨模具进行清洁处理后待用；
(3)装架钎焊：在嵌入式模具的定位槽内依次对应放入金属框架、焊好引线的绝缘子、焊料和底座。完成该步骤后，将装架好零部件的模具平稳放入钎焊炉采用常规钎焊工艺完成成品钎焊。
金属墙镶嵌类陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架方法设计相应的嵌入式装架模具，采用先装框架再装陶瓷绝缘子部件、焊料和热沉的装架方法，不需压塞和人工拨正，实现外壳的自定位装架。该方法通过嵌入式装架模具的定位槽口的长度、宽度和深度三个方向的定位设计实现焊环、焊料和陶瓷绝缘子部件的自定位，简化了多道工序，完成微波封装外壳的装架，大大提高产品的一致性和生产效率。
陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，根据陶瓷部件的尺寸，设计相应的嵌入式装架模具，对框架、绝缘子、焊料、底座在X、Y、Z方向的三维定位，从而实现金属框架、陶瓷绝缘子和热沉之间自定位装架，不需压塞和人工拨正，简化装架工序，同时在保证钎焊质量的前提下，减小了焊料的使用量，显著减小外壳内腔焊料的流散完成镶嵌类外壳的装架钎焊，大大提高产品的成品率、一致性和生产效率。本发明所述工艺路线和方法制作的外壳能够满足镶嵌类微波外壳气密性封装需求，已经在多个项目中得到应用，取得显著效益。
本发明所采用的创新工艺路线和方法生产出的外壳满足产品质量要求，已经应用到多种型号外壳的装架钎焊，取得显著效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本方法领域的普通方法人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、设计并加工自定位嵌入式模具，包括：
1)根据金属框架的外围长度尺寸、宽度尺寸、高度尺寸、厚度尺寸和成品焊料厚度尺寸，配合合理的尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的框架定位槽外侧长度尺寸、外侧宽度尺寸，内侧长度尺寸、宽度尺寸和高度尺寸；
2)根据绝缘子上筋的宽度尺寸、高度尺寸和两绝缘子外端距离，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的绝缘子上筋定位槽的宽度外侧尺寸、内侧尺寸和高度尺寸；
3)根据绝缘子底部的宽度尺寸、长度尺寸和高度尺寸，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的绝缘子底部定位槽的外侧宽度尺寸、内侧宽度尺寸长度尺寸和高度尺寸；
4)根据封装外壳的引线高度尺寸、引线宽度尺寸和厚度尺寸，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的引线定位槽高度尺寸和宽度尺寸；
5)根据热沉的长度尺寸、宽度尺寸、厚度尺寸和焊料厚度，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的热沉定位槽的长度尺寸、宽度尺寸和高度尺寸；
6)根据封装外壳的内腔长度尺寸、宽度尺寸和外壳总高，配合合理尺寸公差，设计封装外壳的自定位嵌入式装架模具的芯腔通孔的长度尺寸、宽度尺寸和模具总高；
7)根据封装外壳的总长、总宽，配合合理尺寸公差，设封装外壳的自定位嵌入式装架模具单体间距尺寸和模具整体尺寸；
8)根据上述设计的自定位装架模具三维尺寸，绘制封装外壳的自定位嵌入式装架模具的设计图纸，进行模具的机械加工成型；
步骤(2)、准备零部件和模具：
1)金属框架清洗、退火、镀镍后待用；
2)陶瓷部件镀镍后焊接上引线待用；
3)成品焊料直接使用；
4)金属热沉直接使用；
5)对步骤(1)设计加工好的模具进行清洁，退火后待用；
步骤(3)、装架钎焊：将金属框架、引线瓷件、成品焊料和金属热沉对应放入在自定位嵌入式装架模具中；完成该步骤后，将装架好零部件的模具放入钎焊炉完成成品钎焊。
2.根据权利要求1所述的陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，其特征在于，步骤(3)中所述自定位嵌入式装架模具中的金属框架、引线瓷件、成品焊料和金属热沉自下而上依次叠加，芯腔朝下，倒置装架。
3.根据权利要求2所述的陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，其特征在于，所述步骤(1)采用倒置装架方式设计出自定位装架模具三维尺寸。
4.根据权利要求1所述的陶瓷绝缘子微波封装外壳的自定位装架与钎焊方法，其特征在于，所述步骤(1)中进行模具的机械加工成型为采用石墨材料机械加工成型。
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