CN112951926A - 激光探测器用陶瓷外壳、激光探测器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光探测器用陶瓷外壳、激光探测器及陶瓷外壳的制备方法，属于陶瓷封装技术领域，包括陶瓷基座和法兰盘，陶瓷基座具有封装腔；法兰盘设置于陶瓷基座上，法兰盘的外缘凸出于陶瓷基座的外缘；法兰盘凸伸的外缘具有用于安装固定的连接部。本发明提供的激光探测器用陶瓷外壳，通过加大法兰盘的尺寸，并在法兰盘的外缘上设置封装后用于固定安装的连接部，方便封装后的器件在装载平台的安装，降低了对装载平台的要求。本发明能够解决大尺寸金属构件与陶瓷的匹配性问题、高温焊后残余应力及焊接变形补偿问题，实现大尺寸金属构件与大腔体的陶瓷的良好匹配性，保证器件的空间分辨率、成像系统的成像效果及提高信号传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷封装技术领域，更具体地说，是涉及一种激光探测器用陶瓷外壳、激光探测器及陶瓷外壳的制备方法。
背景技术
大规模激光探测器被广泛应用于航空和航天遥感成像中,在环境监测、资源普查、地形测绘和军事侦察等领域发挥着重要作用。随着遥感应用技术的发展,人们对成像芯片的集成度、面阵规模提出越来越高的要求。而传统金属封装器件的引出端形式只能通过四边或者两边引出，这样的封装形式决定了引出端数目的增加，大大扩大了金属外壳的封装尺寸。
随着光学成像器件体积、质量、成本等成倍增加,必须重新设计光学系统。较小尺寸的激光探测器会造成成像系统MTF(MTF-Modulation Transfer Function，名称为调制传递函数，是分析镜头的解像比较科学的方法)下降、信噪比降低,影响成像质量。尤其是在红外探测方面,由于红外谱段的特殊性质及红外谱段感光材料的限制,相比于可见光谱段探测器,红外探测器的像元尺寸一般较大,像元间距也较大,在相同的光学系统下,红外谱段图像的分辨率较低。
采用传统的金属外壳方法提高红外相机空间分辨率,将造成卫星相机体积、质量成倍增长,光机结构难以实现,对卫星装载平台要求更苛刻。而采用陶瓷外壳，由于常规的封口环仅仅是为了封装盖板的连接，尺寸较小，这种陶瓷外壳存在连接不方便的问题。而如果采用大尺寸的封口环，则存在封口环与陶瓷外壳不匹配，造成焊接应力和焊接变形，导致器件性能差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光探测器用陶瓷外壳，旨在解决具有常规尺寸小的封口环陶瓷外壳，连接不方便，对装载平台具有更高要求的问题。
本发明提供的激光探测器用陶瓷外壳的制备方法，旨在解决大尺寸的金属构件与大腔体的陶瓷外壳匹配性差，造成器件可靠性能差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种激光探测器用陶瓷外壳，包括：陶瓷基座和法兰盘，陶瓷基座具有封装腔；法兰盘设置于所述陶瓷基座上，所述法兰盘的外缘凸出于所述陶瓷基座的外缘；所述法兰盘凸伸的外缘具有用于安装固定的连接部。
作为本申请另一实施例，所述法兰盘包括依次相连的第一法兰环、第二法兰环和第三法兰环，所述第一法兰环用于与所述陶瓷基座的连接，所述连接部与第二法兰环连接，所述第三法兰环用于连接封装盖板。
作为本申请另一实施例，所述第一法兰环为便于与陶瓷基座焊接的钼铜合金制件，所述第三法兰环为便于与封装盖板焊接的可伐合金制件。
作为本申请另一实施例，所述第一法兰环的宽度大于所述第三法兰环的宽度，且所述第一法兰环的宽度小于所述陶瓷基座的壁宽。
作为本申请另一实施例，所述封装腔的体积与所述陶瓷基座的体积比，大于等于70％。
作为本申请另一实施例，所述陶瓷基座的厚度大于等于6mm。
作为本申请另一实施例，还包括热沉，所述热沉设置于所述陶瓷基座的底板上，所述热沉的厚度大于所述陶瓷基座的底板的厚度；所述陶瓷基座的底板上设有安装所述热沉的安装口。
本发明还提供一种激光探测器，包括：所述的陶瓷外壳、热沉、制冷器、陶瓷转接盘和封装盖板；热沉设置在所述陶瓷基座的底板上；制冷器设置于所述热沉上；陶瓷转接盘设置于所述制冷器上，所述陶瓷转接盘的上面设有芯片封装盖板封装于所述法兰盘上，所述封装盖板的中间设有光窗。
本发明还提供一种激光探测器用陶瓷外壳的制备方法，包括：
根据陶瓷基座的陶瓷材料的热膨胀系数，选择预设焊接降温曲线；
根据所述预设焊接降温曲线，模拟不同热膨胀系数的金属构件与所述陶瓷基座的焊接过程，找出焊接应力集中的薄弱位置；
选择与所述陶瓷材料的热膨胀系数匹配的金属构件，将所述金属构件与所述陶瓷基座焊接在一起；其中，所述应力集中的薄弱位置避开所述陶瓷基座的腔体四角的薄弱位置；
所述金属构件包括法兰盘和热沉，所述法兰盘设置于所述陶瓷基座的开口部，所述热沉设置在所述陶瓷基座的底板上。
作为本申请制备方法的另一实施例，所述法兰盘包括钼铜合金材质的第一法兰环和可伐合金材质的第三法兰环，所述钼铜合金材质的第一法兰环采用钎焊与所述陶瓷基座焊接；所述可伐合金材质的第三法兰环采用平行缝焊与封装盖板焊接。
本发明提供的激光探测器用陶瓷外壳的有益效果在于：与现有技术相比，本发明激光探测器用陶瓷外壳，由于法兰盘的外缘凸出于陶瓷基座的外缘，也即法兰盘在水平面的正投影的外形尺寸大于陶瓷基座在水平面的正投影的外形尺寸，通过加大法兰盘的尺寸，并在法兰盘的外缘上设置封装后用于固定安装的连接部，方便封装后的器件在装载平台的安装，降低了对装载平台的要求；同时，由于采用大腔体的陶瓷外壳进行封装，能够保证成像系统的质量，提高信噪比，提高红外相机空间分辨率；而由于采用陶瓷外壳，针引线不仅仅局限于四边引出，还可以从陶瓷外壳的底板引出，且同一侧可以设置多排针引线，能够降低器件的体积和质量，在满足使用性能要求的前提下，满足器件的小型化和轻量化，降低对装载平台的要求。
本发明提供的激光探测器，由于采用大尺寸的法兰盘与大腔体的陶瓷外壳进行封装，具有上述陶瓷外壳的有益效果，在此不再赘述。
本发明提供的激光探测器用陶瓷外壳的制备方法，由于预先根据陶瓷基座的热膨胀系数，选择合适的焊接降温曲线，模拟不同热膨胀系数的金属构件与陶瓷基座的焊接过程，进而找出焊接应力集中的部位，并选择匹配的金属构件与陶瓷基座进行焊接，提前规避应力集中、焊后形变等问题，解决大尺寸金属构件与陶瓷的匹配性问题、高温焊后残余应力问题、金属法兰盘焊接变形补偿问题，实现大尺寸金属构件与大腔体的陶瓷的良好匹配性，保证器件的空间分辨率、成像系统的成像效果及提高信号传输的可靠性。
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激光探测器用陶瓷外壳的正面结构示意图；
图2为沿图1中A-A线的剖视结构图；
图3为本发明实施例提供的激光探测器用陶瓷外壳的背面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的激光探测器的结构示意图。
图中：1、法兰盘；11、连接孔；12、正面索引标识；13、第三法兰环；14、连接部；15、第一法兰环；16、第二法兰环；2、陶瓷基座；21、封装腔；22、定位引线；23、引线；3、热沉；4、陶瓷转接盘；5、芯片；6、制冷器。
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3，现对本发明提供的激光探测器用陶瓷外壳进行说明。所述激光探测器用陶瓷外壳，包括陶瓷基座2和法兰盘1，陶瓷基座2具有封装腔21；法兰盘1设置于陶瓷基座2上，法兰盘1的外缘凸出于陶瓷基座2的外缘；法兰盘1凸伸的外缘具有用于安装固定的连接部14。
本发明提供的激光探测器用陶瓷外壳，与现有技术相比，由于法兰盘1的外缘凸出于陶瓷基座2的外缘，也即法兰盘1在水平面的正投影的外形尺寸大于陶瓷基座2在水平面的正投影的外形尺寸，通过加大法兰盘1的尺寸，并在法兰盘1的外缘上设置封装后用于固定安装的连接部14，方便封装后的器件在装载平台的安装，降低了对装载平台的要求。
同时，本实施例由于采用大腔体的陶瓷外壳(相比常规的PGA陶瓷外壳的腔体)进行封装，能够保证成像系统的质量，提高信噪比，提高红外相机空间分辨率；而由于采用陶瓷外壳，针引线不仅仅局限于四边引出，还可以从陶瓷外壳的底板引出，且同一侧可以设置多排针引线，能够降低器件的体积和质量，在满足使用性能要求的前提下，满足器件的小型化和轻量化，降低对装载平台的要求。
本实施例提供的陶瓷外壳，在低温红外成像器件封装过程中用陶瓷封装外壳取代原有金属封装。陶瓷封装方案的结构与制备方法为新型的封装形式，适应大规模面阵器件的未来应用需求。由于原有金属外壳引出端为DIP引出形式，引线只能通过侧面排列引出，节距2.54，该结构引出端数目的增加严格依赖外壳的外形尺寸的增加；外壳尺寸与引出端数量相关且成正比，金属外壳限制了引出端的数量向100线以上的发展。而本发明为陶瓷封装结构，引出端形式为PGA形式的陶瓷针栅阵列外壳，外壳引出端为阵列排布形式，有效降低外壳尺寸，同时增加引出端数目，能够适应航空和航天遥感成像的要求，在环境监测、资源普查、地形测绘和军事侦察等领域发挥着重要作用。
为了对法兰盘1的各个部分进行功能区分，以便于区别设计不同部位的结构，请参阅图2，法兰盘1包括依次相连的第一法兰环15、第二法兰环16和第三法兰环13，第一法兰环15用于与陶瓷基座2的连接，连接部14与第二法兰环16连接，第三法兰环13用于连接封装盖板。通过法兰盘1的不同部位，能够实现不同的功能，其中第二法兰环16向外延伸与连接部14连接。
可选地，参见图2，连接部14的四角设置连接孔11和正面索引标识12，以便于封装器件与PCB板的可靠固定；陶瓷基座2的底板背面设有背面索引标识。
可选地，在法兰盘1外缘的连接部14上还可以设置应力释放槽，降低法兰盘1的质量，增加预紧力且降低陶瓷基座2的受力。
常规的封口环，内外两侧边缘不会凸出陶瓷基座2的内外边缘，而本实施例法兰盘1的厚度，通过一系列的法兰环的设计，相比常规的封口环的厚度也有所增大，以插针网格阵列封装PGA(Ceramic Pin Grid Array Package)为例，法兰盘1的厚度可选3-4mm，而常规的封口环的厚度为1mm左右。法兰盘1厚度的增大，能够增大封装腔21的体积，从而降低长宽方向的尺寸，同时能够降低封装外壳整体的质量，利用陶瓷外壳的轻量化和小型化。
为了解决与陶瓷基座2焊接的匹配问题，以及与封装盖板焊接的匹配问题，降低焊接应力和降低焊接成本，请参阅2，本实施例的陶瓷外壳可采用，第一法兰环15为便于与陶瓷基座2焊接的钼铜合金制件，第三法兰环13为便于与封装盖板焊接的可伐合金制件，钼铜合金更好的匹配该陶瓷外壳结构且质量比钨铜更小，满足航空航天星载产品轻量化需求。
为了提高法兰盘1与陶瓷基座2焊接的可靠性，同时不使法兰盘1的整体质量增大，参阅图2，第一法兰环15的宽度大于第三法兰环13的宽度，且第一法兰环15的宽度小于陶瓷基座2的壁宽。
可选地，请参阅图2，封装腔21的体积与陶瓷基座2的体积比，大于等于70％。也即封装腔21相比陶瓷基座2整体的体积，具有较大的体积比。相比常规的陶瓷外壳，具有较大的腔体，能够保证成像系统的精度，信噪比高，信号传输精确度好，成像质量高。
本实施例用于低温红外成像激光探测器的陶瓷封装，由于依托于陶瓷针栅阵列外壳PGA引出方式，具有极高的腔体体积占比和足够多的引出端数目，能够实现高速图形传感器高可靠的陶瓷封装，可广泛应用于航空和航天遥感成像中,在环境监测、资源普查、地形测绘和军事侦察等领域发挥着重要作用。
可选地，陶瓷基座2的厚度大于等于6mm，其大腔体体现在长宽厚的尺寸相比常规的陶瓷基座2尺寸较大，较大厚度的陶瓷基座2，在同等长宽的前提下，封装腔21具有较深的深度，能够增大封装腔21的体积，从而保证激光探测器的性能。
本实施例提供的陶瓷外壳，参见图2，还包括热沉3，热沉3设置于陶瓷基座2的底板上，热沉3的厚度大于陶瓷基座2的底板的厚度；陶瓷基座2的底板上设有安装热沉3的安装口。热沉3用于支撑TEC器件(TEC，半导体制冷器6，英文全称Thermoelectric Coole)并提供良好的散热通道，本实施例热沉3的体积大于常规的热沉3的体积，常规的热沉3的尺寸为的20×20×1，本实施例采用25×25×2的尺寸。本实施例采用的热沉3，长宽高尺寸都有所增加，其中，热沉3的厚度增大一倍，能够提高大腔体内安装的电子元件的散热速度，提高散热效果，从而保证信号传输的可靠性。
本发明还提供一种激光探测器，参见图4，包括：陶瓷外壳、热沉3、制冷器6、陶瓷转接盘4和封装盖板；热沉3设置在陶瓷基座2的底板上；制冷器6设置于热沉3上；陶瓷转接盘4设置于制冷器6上，陶瓷转接盘4的上面设有芯片5封装盖板封装于法兰盘1上，封装盖板的中间设有光窗。
本实施例通过采用大尺寸的金属法兰盘1与大腔体陶瓷外壳，能够提高成像系统MTF的精度，提高信噪比，提高成像质量。
本实施例的大腔体陶瓷外壳，特别是封装腔21深度的增大，为安装制冷器6提供了空间；而法兰盘1的厚度的增大，进一步增大了封装腔21的深度，为制冷器6及其他功能元件提供了较大的安装空间；大尺寸的热沉3，又提高了散热的效果，为激光探测器的精确应用提供了可靠的支撑。
可选地，陶瓷基座2是由多层电互连接的生瓷片叠加后高温烧结而成。陶瓷基座2的开口处设有陶瓷台阶，该陶瓷台阶印刷键合指图形，通过键合丝实现芯片5与陶瓷外壳的电互连。封装盖板焊接在法兰盘1上，封装盖板的中间设有蓝宝石。法兰盘1外缘连接部14设计定位孔，实现陶瓷外壳与PCB基板可靠的安装固定。底部热沉3焊接到陶瓷基座2上，其功能提供极其高效的散热通道，保证芯片5在稳定的低温环境下工作；针引线用于插装到安装座上实现电互连。
大规模高速图形传感器，目前该类器件主要为金属封装，金属外壳内部安装尺寸较大的TEC器件，用于满足芯片5能够在稳定的低温状态下工作，但是金属外壳的封装形式受引线数目的限制，导致需要增大金属外壳的封装尺寸，体积、质量和成本都会成倍增加。而高温共烧多层陶瓷封装外壳具有高可靠性，广泛应用于军工电子设备。本实施例提供的激光探测器用金属陶瓷PGA外壳封装，以PGA形式引出的陶瓷针栅阵列外壳，能够突破引线数目的限制，降低整体封装的外形尺寸和体积，实现器件的小型化及传输质量的可靠性。
本实施例提供的激光探测器，将制冷用的TEC集成到陶瓷外壳内部，保障芯片5在稳定的低温环境下正常工作，同时具有高度集成的高可靠的引出端结构，实现星载系统对搭载器件的小型化，高性能的需求。
由于采用大尺寸的法兰盘1与大腔体的陶瓷基座2，在连接上，采用常规的连接方式，会存在层间结合及气密性差的难度，因此，参见图2，针对这种陶瓷外壳，本发明还提供一种激光探测器用陶瓷外壳的制备方法，具体包括：
步骤一，根据陶瓷基座2的陶瓷材料的热膨胀系数，选择预设焊接温度梯度和降温曲线；
步骤二，根据预设焊接温度梯度和降温曲线，模拟不同热膨胀系数的金属构件与所述陶瓷基座2的焊接过程，找出焊接应力集中的薄弱位置；
步骤三，选择与所述陶瓷材料的热膨胀系数匹配的金属构件，将金属构件与所述陶瓷基座2焊接在一起；其中，应力集中的薄弱位置避开或远离所述陶瓷基座2的腔体四角的薄弱位置；实现降低陶瓷外壳内部残余应力，同时避免应力集中到薄弱的位置。
本实施例中的金属构件包括法兰盘1和热沉3，法兰盘1设置于陶瓷基座2的开口部，热沉3设置在陶瓷基座2的底板上。
本实施例提供的制备方法，由于预先根据陶瓷基座2的热膨胀系数，选择合适的焊接降温曲线，模拟不同热膨胀系数的金属构件与陶瓷基座2的焊接过程，进而找出焊接应力集中的部位，并选择匹配的金属构件与陶瓷基座2进行焊接，提前规避应力集中、焊后形变等问题，解决大尺寸金属构件与陶瓷的匹配性问题、高温焊后残余应力问题、金属法兰盘1焊接变形补偿问题，实现大尺寸金属构件与大腔体的陶瓷的良好匹配性，保证器件的空间分辨率、成像系统的成像效果及提高信号传输的可靠性。
本实施例中，陶瓷基座2与金属构件通过高温钎焊焊接，具体焊接时，按照分步钎焊工艺，先焊接定位引线22和其他的引线23，再通过预设的温度焊接法兰盘1与热沉3。
作为本申请制备方法的另一实施例，法兰盘1包括钼铜合金材质的第一法兰环15和可伐合金材质的第三法兰环13，钼铜合金材质的第一法兰环15采用钎焊与陶瓷基座2焊接；可伐合金材质的第三法兰环13采用平行缝焊与封装盖板焊接。法兰盘1为铁镍钴合金与钼铜合金组合焊接，其中第二法兰环16采用钼铜材质或可伐合金材质均可；热沉3可选钼铜材质。
本实施例除具有上述的制备方法外，由于将金属封装改为陶瓷封装，主体陶瓷基座2的生产工艺采用常规的多层共烧氧化铝陶瓷外壳生产流程即可，具体流程为：流延、落料冲孔、金属化印制、成型、烧结、镀镍，制成氧化铝陶瓷件。
整体陶瓷外壳的生产工艺流程为：陶瓷基座2与金属构件钎焊、镀金，即可成为成品。
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 (10)
1.一种激光探测器用陶瓷外壳，其特征在于，包括：
陶瓷基座，具有封装腔；
法兰盘，设置于所述陶瓷基座上，所述法兰盘的外缘凸出于所述陶瓷基座的外缘；所述法兰盘凸伸的外缘具有用于安装固定的连接部。
2.如权利要求1所述的激光探测器用陶瓷外壳，其特征在于，所述法兰盘包括依次相连的第一法兰环、第二法兰环和第三法兰环，所述第一法兰环用于与所述陶瓷基座的连接，所述连接部与第二法兰环连接，所述第三法兰环用于连接封装盖板。
3.如权利要求2所述的激光探测器用陶瓷外壳，其特征在于，所述第一法兰环为便于与陶瓷基座焊接的钼铜合金制件，所述第三法兰环为便于与封装盖板焊接的可伐合金制件。
4.如权利要求2所述的激光探测器用陶瓷外壳，其特征在于，所述第一法兰环的宽度大于所述第三法兰环的宽度，且所述第一法兰环的宽度小于所述陶瓷基座的壁宽。
5.如权利要求1所述的激光探测器用陶瓷外壳，其特征在于，所述封装腔的体积与所述陶瓷基座的体积比，大于等于70％。
6.如权利要求1所述的激光探测器用陶瓷外壳，其特征在于，所述陶瓷基座的厚度大于等于6mm。
7.如权利要求1所述的激光探测器用陶瓷外壳，其特征在于，还包括热沉，所述热沉设置于所述陶瓷基座的底板上，所述热沉的厚度大于所述陶瓷基座的底板的厚度；所述陶瓷基座的底板上设有安装所述热沉的安装口。
8.一种激光探测器，其特征在于，包括：
如权利要求1-7任一项所述的陶瓷外壳；
热沉，设置在所述陶瓷基座的底板上；
制冷器，设置于所述热沉上；
陶瓷转接盘，设置于所述制冷器上，所述陶瓷转接盘的上面设有芯片；和
封装盖板，封装于所述法兰盘上，所述封装盖板的中间设有光窗。
9.一种如权利要求1-7任一项所述的激光探测器用陶瓷外壳的制备方法，其特征在于，包括：
根据陶瓷基座的陶瓷材料的热膨胀系数，选择预设焊接降温曲线；
根据所述预设焊接降温曲线，模拟不同热膨胀系数的金属构件与所述陶瓷基座的焊接过程，找出焊接应力集中的薄弱位置；
选择与所述陶瓷材料的热膨胀系数匹配的金属构件，将所述金属构件与所述陶瓷基座焊接在一起；其中，所述应力集中的薄弱位置避开所述陶瓷基座的腔体四角的薄弱位置；
所述金属构件包括法兰盘和热沉，所述法兰盘设置于所述陶瓷基座的开口部，所述热沉设置在所述陶瓷基座的底板上。
10.如权利要求9所述的激光探测器用陶瓷外壳的制备方法，其特征在于，所述法兰盘包括钼铜合金材质的第一法兰环和可伐合金材质的第三法兰环，所述钼铜合金材质的第一法兰环采用钎焊与所述陶瓷基座焊接；所述可伐合金材质的第三法兰环采用平行缝焊与封装盖板焊接。
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|---|---|---|---|---|
| CN117977362A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 中国科学院国家授时中心 | 一种陶瓷腔体复合光学腔 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201191604Y (zh) * | 2008-06-13 | 2009-02-04 | 江阴市赛英电子有限公司 | 超薄型大电流陶瓷外壳 |
| CN105858588A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-08-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种封装结构及其应用 |
| CN107768314A (zh) * | 2017-10-21 | 2018-03-06 | 江阴市赛英电子股份有限公司 | 一种平板弹性压接封装igbt用陶瓷管壳及制备方法 |
| CN109037161A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-12-18 | 华为技术有限公司 | 一种法兰和半导体功率器件 |
| CN111146154A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-12 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 可以实现平行封焊自动对位的封装结构及制备方法 |
-
2021
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201191604Y (zh) * | 2008-06-13 | 2009-02-04 | 江阴市赛英电子有限公司 | 超薄型大电流陶瓷外壳 |
| CN105858588A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-08-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种封装结构及其应用 |
| CN107768314A (zh) * | 2017-10-21 | 2018-03-06 | 江阴市赛英电子股份有限公司 | 一种平板弹性压接封装igbt用陶瓷管壳及制备方法 |
| CN109037161A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-12-18 | 华为技术有限公司 | 一种法兰和半导体功率器件 |
| CN111146154A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-12 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 可以实现平行封焊自动对位的封装结构及制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117977362A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 中国科学院国家授时中心 | 一种陶瓷腔体复合光学腔 |
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