CN114744438A - 一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子封装技术领域，具体公开了一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，包括设置有矩形连接器封装区和芯片安装区的主体、位于矩形连接器封装区内且与主体一体成型的调节体；所述调节体的热膨胀系数小于主体的热膨胀系数且大于矩形连接器的热膨胀系数；所述调节体上设置有用于安装气密矩形连接器的安装孔。本发明解决了微波件气密矩形连接器封装中热膨胀系数匹配、内应力降低、焊接气密、激光焊接兼容性等问题，提升了微波件的封装可靠性与集成密度。

Description

一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构

技术领域

本发明涉及微电子封装技术领域，更具体地讲，涉及一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构。

背景技术

电子设备和产品持续向薄轻短小发展，集成密度不断提高，气密矩形连接器在高密度集成微波组件中应用越来越广泛。用于气密矩形连接器封装的盒体，它不仅要满足连接器本身封装的可靠性，还需满足内部微电子器件的支撑、保护、供电、散热、密封等需求。而面向高密度微波组件需求，传统的金属基材料盒体往往只能满足部分需求而存在某些缺陷，如Kovar材料热膨胀系数低、机加工性能好、可直接熔融焊接，但密度大、散热性不好；铝合金可激光焊接、机加工性能好、导热性好、密度小，但热膨胀系数过大，所制备的盒体用于气密矩形连接器的封装存在由于热失配而导致的封装不气密的问题；

中国专利CN201887205U所公开的微矩形多芯连接器与盒体通过焊接集成工艺则存在上述问题。

中国专利CN204927667U公开的气密封矩形集成式电连接器与封装盒体之间采用O型密封圈密封，密封性能无法达到GJB548B-2004方法1014.2规定的封装漏率要求，不能应用于高可靠气密封应用场景。

中国专利CN202010800790.7公开了一种新型微矩形多芯连接器，该连接器通过在常规的连接器外部以钎焊的方式增加热匹配缓冲结构解决了铝盒体与微矩形多芯连接器之间的热失配问题，但是该连接器增大了外形尺寸，在高密度集成的微电子封装中应用有一定的局限性；

中国专利CN21165518U与CN112993634A存在同样的问题。

中国专利CN110783751A具体公开了通过在多芯连接器与铝合金腔体之间设计一个设置有凹槽的弹性过渡区来改变腔体接头焊接部位刚度，以解决多芯连接器与腔体气密焊接的热失配难题，该方案降低了焊接热传导效率，增加了焊接工艺难度与产品体积。

以适当的工艺而获得的复合材料封装盒体可以获得优于传统电子封装材料所不能具备的优点。例如以硅铝合金为代表的复合材料凭借其导热性好、密度小、热膨胀系数较低、激光焊接性能较好等优势近年来在航空航天领域得到了广泛应用，尤其在气密矩形连接器的封装上表现出了明显的优势，但该类材料较脆、致密度较低等属性导致所制备的盒体在工业化应用中存在精细结构无法加工、沙眼、裂纹、崩边、焊接飞溅等问题，这些问题多在高密度集成组件焊接阶段才暴露出来，产品基本不具备返工返修可能性，只能整件报废，给企业造成了较大的经济损失。

现有技术和已有专利多集中在两方面，一方面在铝盒体与多芯接头之间增加过渡材料或过渡结构来解决二者之间的热失配问题，另一方面是直接用硅铝合金制备盒体来实现多芯接头气密性连接，未见有关于一体化梯度材料盒体封装结构，尤其未见用于面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构；解决了微波件气密矩形连接器封装中热膨胀系数匹配、内应力降低、焊接气密、激光焊接兼容性等问题，提升了微波件的封装可靠性与集成密度。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，包括设置有矩形连接器封装区和芯片安装区的主体、位于矩形连接器封装区内且与主体一体成型的调节体；所述调节体的热膨胀系数小于主体的热膨胀系数且大于矩形连接器的热膨胀系数；所述调节体上设置有用于安装气密矩形连接器的安装孔。

相比现有技术，在矩形连接器的封装区域采用热膨胀系数小于主体的热膨胀系数且大于矩形连接器的热膨胀系数的调节体来代替现有技术中该位置的结构；从而使得矩形连接器与主体的热膨胀系数能够有效的匹配，不增加其他额外的过渡结构，有效的保证矩形连接器与一体化梯度材料盒体高密度、高可靠性集成，实现微波组件一体化封装需求。

在一些可能的实施方式中，为了实现高密度集成芯片与矩形连接器的封装连接；

所述调节体沿矩形连接器轴向的长度的长度小于矩形连接器封装区靠近芯片安装区的一侧与主体外侧面之间的距离。

在一些可能的实施方式中，为了防止矩形连接内的玻珠在焊接时不会出现开裂，所述调节体的长度为l，所述主体的长度为L，其中

为了防止矩形连接器与主体之间的焊缝气密性不符合要求的情况出现；所述调节体沿矩形连接器轴向的长度为W,矩形连接器的长方向轴向的长度为w，W＞w。

在一些可能的实施方式中，为了避免激光焊接凸台在与盖板焊接时，焊接时所产生的能量传递到调节体与主体的连接处；减少激光焊接热量对调节体与主体连接处的影响通过能量的传递，从而会引起该连接处不气密；使得矩形连接器内的玻珠开裂；

当调节体沿矩形连接器轴向的长度的长度小于矩形连接器封装区靠近芯片安装区的一侧与主体外侧面之间的距离时；所述调节体靠近主体外侧面的一侧与激光焊焊接凸台的内侧面之间的距离为e，e≥0.5mm。

在一些可能的实施方式中，

所述主体的外侧面上设置有与安装孔连通的通孔A，在所述通孔A近主体外侧面的一侧的内侧面上设置有与其同轴的焊环安装槽。

在一些可能的实施方式中，为了实现对于非高密封集成设计的芯片与矩形连接器的连接；

所述调节体的外侧面与主体的外侧面共面；所述调节体靠近主体外侧面的一侧设置有与安装孔同轴的焊接矩形连接器封装区。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现主体与盖板的连接，完成整个封装；

在所述主体的顶面设置有激光焊接凸台。

在一些可能的实施方式中，为了防止矩形连接器能够穿过焊环安装槽进入到调节体内，并能够保证焊接的正常进行；

所述安装孔沿主体高度方向的尺寸为b，所述矩形连接器的高度为B，b＝B+0.1mm；所述焊环安装槽沿主体高度方向的尺寸为c,其中b＜c＜b+0.2mm；所述主体的高度为H，所述调节体的高度为h,H＞h。

在一些可能的实施方式中，为了有效的使得主体、调节体、矩形连接器热膨胀系数相匹配，所述主体采用铝合金材料制成，所述调节体采用硅颗粒增强铝基复合材料、碳化硅颗粒增强铝基复合材料、金刚石颗粒增强铝基复合材料中的任意一种制成。

在一些可能的实施方式中，为了有效的避免调节体的应力集中；

所述矩形连接器封装区呈腰型孔状结构，其长轴沿主体的长度方向设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过有效的在主体的矩形连接器封装区采用热膨胀系数小于主体的热膨胀系数且大于矩形连接器的热膨胀系数的调节体来代替现有技术中采用与主体相同的材料进行制备，有效的避免了矩形连接器的热膨胀系数与主体的热膨胀系数不匹配的情况出现，通过设置调节体实现了热膨胀系数的梯度过渡，使得热膨胀系数能够匹配；

本发明中通过对于调节体长、宽、高尺寸、位置及外形结构的限制，有效的保证了，在组装焊接时避免焊接时所产生的热应力传递到矩形连接器内，造成矩形连接器内的玻珠压裂；同时还能够有效的保证焊接的气密性；同时还保证了与激光焊接气密性的兼容性；提升了微波件的封装可靠性与集成密度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中实施例1的侧面结构示意图；

图3为图2中A-A处的剖面图；

图4为本发明中实施例3的结构示意图；

图5为图4中B-B处的剖面图；

其中：1、主体；2、调节体；3、矩形连接器；4、激光焊接凸台；5、焊环安装槽。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图2-图3所示：

本实施例主要适用于高密度集成设计时的芯片与矩形连接器3的连接，这里所描述的高密度集成设计具体是指：H-h≤0.5mm。

一种面向气密矩形连接器3的一体化梯度材料盒体封装结构，包括设置有矩形连接器封装区和芯片安装区的主体1、位于矩形连接器封装区内且与主体1一体成型的调节体2；所述调节体2的热膨胀系数小于主体1的热膨胀系数且大于矩形连接器3的热膨胀系数；所述调节体2上设置有用于安装气密矩形连接器3的安装孔。

本发明中主体1与调节体2采用粉末冶金或喷射成型的方式将不同成分的主体1与调节体2制备成一个整体的毛坯料；矩形连接器封装区采用热膨胀系数小于主体1的热膨胀系数且大于矩形连接器3的热膨胀系数的调节体2来制成；这样使得形成的整体结构在热膨胀系数上能够实现有效的过渡与匹配，相比现有技术中主体1采用6063铝合金制成，矩形连接器3直接安装在主体1上将会出现热膨胀不匹配的问题出现，进而使得在进行矩形连接其焊接时，其内部的玻珠在受应力较大的情况下出现开裂的情况；

相比现有技术，在矩形连接器3的封装区域采用热膨胀系数小于主体1的热膨胀系数且大于矩形连接器3的热膨胀系数的调节体2来代替现有技术中该位置的结构；从而使得矩形连接器3与主体1的热膨胀系数能够有效的匹配，不增加其他额外的过渡结构，有效的保证矩形连接器3与一体化梯度材料盒体高密度、高可靠性集成，实现微波组件一体化封装需求。

在一些可能的实施方式中，为了实现高密度集成芯片与矩形连接器3的封装连接；

所述调节体2沿矩形连接器3轴向的长度W小于矩形连接器封装区靠近芯片安装区的一侧与主体1外侧面之间的距离Z，W＜Z。即：如图3所示，调节体2将位于矩形连接器封装区内，呈嵌入式设计与主体一体成型；

在一些可能的实施方式中，为了防止矩形连接内的玻珠在焊接时不会出现开裂，并有效的满足矩形连接器3气密封装的要求，所述调节体2的长度为l，所述主体1的长度为L，其中

为了防止矩形连接器3与主体1之间的焊缝气密性不符合要求的情况出现；所述调节体2沿矩形连接器3轴向的长度为W,矩形连接器3的长方向轴向的长度为w，W＞w；所述主体1的高度为H，所述调节体2的高度为h,H＞h。

在一些可能的实施方式中，所述主体1的外侧面上设置有与安装孔连通的通孔A，在所述通孔A近主体1外侧面的一侧的内侧面上设置有与其同轴的焊环安装槽5。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现主体1与盖板的连接，完成整个封装；

在所述主体1的顶面设置有与主体1外侧面共面的激光焊接凸台4；激光焊接凸台4与主体1、调节体2一体成型。

在一些可能的实施方式中，为了避免激光焊接凸台4在与盖板焊接时，焊接时所产生的能量传递到调节体2与主体1的连接处，使得焊接时所产生的能量传递到调节体2与主体1的连接处而引起调节体与主体之间气密性失效；

所述调节体2靠近主体1外侧面的一侧与激光焊焊接凸台的内侧面之间的距离为e，e≥0.5mm。

在一些可能的实施方式中，为了防止矩形连接器3能够穿过焊环安装槽5进入到调节体2内，并能够保证焊接的正常进行；

所述安装孔沿主体高度方向的尺寸为b，所述矩形连接器的高度为B，b＝B+0.1mm；所述焊环安装槽沿主体高度方向的尺寸为c,其中b＜c＜b+0.2mm；所述主体的高度为H，所述调节体的高度为h,H＞h。

在一些可能的实施方式中，为了有效的使得主体1、调节体2、矩形连接器3热膨胀系数相匹配，所述主体1采用铝合金材料制成，所述调节体2采用硅颗粒增强铝基复合材料、碳化硅颗粒增强铝基复合材料、金刚石颗粒增强铝基复合材料中的任意一种制成。

在一些可能的实施方式中，为了有效的避免调节体2的应力集中；

所述矩形连接器封装区呈腰型孔状结构，其长轴沿主体1的长度方向设置。

实施例2：

如图1、图4、图5所示，本实施例与上述实施例的区别在于，调节体2将与主体1的外侧面共面；其主要适用于非高密度集成设计时的芯片、矩形连接器3进行封装，这里所描述的非高密度集成设计是指H-h＞0.5mm。

实施例3：

如图1、图4、图5所示，在对于非高密度集成设计时的芯片、矩形连接器3进行封装时；

主体1与调节体2利用粉末冶金的方式将主体1与调节体2两种梯度材料制备为一体化的盒体毛坯料，再采用精密数控机加、表面处理的工艺路线制作出一体化梯度材料盒体封装结构；其中，主体1材料为6063铝合金，其热膨胀系数为23；调节体2材料为含硅量50％的AlSi复合材料，热膨胀系数为11，矩形连接器3外壳的热膨胀系数为5；调节体2与主体1的过渡连接段的热膨胀系数为17；

通过设置含硅量50％的AlSi复合材料的调节体2与主体1采用粉末冶金的方式一体式制备，使得主体1与矩形连接器3的热膨胀系数匹配，将有效的防止在组装过程时矩形连接器3内的玻珠由于组装焊接时所产生的应力过大造成压裂；

主体1内设置有用于安装芯片的芯片槽，芯片槽与矩形连接器封装区连通，调节体2设置在矩形连接器封装区内且设置有与芯片槽连通的安装孔；

主体1与调节体2的尺寸l/L＝0.65，H-h＝2.5mm，矩形连接器3宽度w为2.7mm，安装孔宽度5mm，调节体2长满足

调节体2的宽度满足W＞w，调节体2的高度满足H＞h；安装孔的高度B为4.25mm，矩形连接器3高度b为4.15mm；焊环安装槽5的高度c为5.35mm；

在进行制备时，对于主体1与调节体2利用粉末冶金的方式将主体1与调节体2两种梯度材料制备为一体化的盒体毛坯料；再采用精密数控机加、表面处理的工艺路线制作出一体化梯度材料盒体封装结构；利用钎焊的方式将矩形连接器3连接在主体1与调节体2所形成的盒体之上，最后，再利用激光焊接等方式将盒体外盖体与盒体进行熔焊密封；至此，形成完全气密的微波组件。

这里所描述的一体化梯度材料，是指根据矩形连接器3的热膨胀系数、调节体2的热膨胀系数、主体1的热膨胀系数按照热膨胀匹配的原理实梯度变化。

本发明通过对于调节体2材料的设计使得矩形连接器3与主体1的热膨胀系数能够匹配；通过对于其结构尺寸的设计将使得在焊接时降低内应力，矩形连接器在焊接冷却时主体产生的压应力小于玻珠的断裂强度，避免焊接时应力过大造成矩形连接器3内的玻珠损坏以及焊接气密性不符合要求的情况出现。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，包括设置有矩形连接器封装区和芯片安装区的主体、位于矩形连接器封装区内且与主体一体成型的调节体；所述调节体的热膨胀系数小于主体的热膨胀系数且大于矩形连接器的热膨胀系数；所述调节体上设置有用于安装气密矩形连接器的安装孔。

2.根据权利要求1所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，所述调节体沿矩形连接器轴向的长度小于矩形连接器封装区靠近芯片安装区的一侧与主体外侧面之间的距离。

3.根据权利要求2所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，所述调节体的长度为l，所述主体的长度为L，其中

所述调节体沿矩形连接器轴向的长度为W,所述矩形连接器的长方向轴向的长度为w，W＞w。

4.根据权利要求2所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，所述主体的外侧面上设置有与安装孔连通的通孔A，在所述通孔A近主体外侧面的一侧的内侧面上设置有与其同轴的焊环安装槽。

5.根据权利要求1所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，所述调节体的外侧面与主体的外侧面共面；所述调节体靠近主体外侧面的一侧设置有与安装孔同轴的焊接矩形连接器封装区。

6.根据权利要求2或5所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，在所述主体的顶面设置有激光焊接凸台。

7.根据权利要求6所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，当调节体沿矩形连接器轴向的长度的长度小于矩形连接器封装区靠近芯片安装区的一侧与主体外侧面之间的距离时；所述调节体靠近主体外侧面的一侧与激光焊焊接凸台的内侧面之间的距离为e，e≥0.5mm。

8.根据权利要求7所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，所述安装孔沿主体高度方向的尺寸为b，所述矩形连接器的高度为B，b＝B+0.1mm；所述焊环安装槽沿主体高度方向的尺寸为c,其中b＜c＜b+0.2mm；所述主体的高度为H，所述调节体的高度为h,H＞h。

9.根据权利要求8所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，所述主体采用铝合金材料制成，所述调节体采用硅颗粒增强铝基复合材料、碳化硅颗粒增强铝基复合材料、金刚石颗粒增强铝基复合材料中的任意一种制成。

10.根据权利要求1所述的一种面向气密矩形连接器的一体化梯度材料盒体封装结构，其特征在于，所述矩形连接器封装区呈腰型孔状结构，其长轴沿主体的长度方向设置。

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