CN115633477A - 一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖及其应用和制备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子元器件封装领域，具体涉及一种具有低玻璃绝缘子应力的封装外壳及其制备方法。其设置在电路板上，用于和引线、玻璃绝缘子及盖帽配合，形成电子器件的气密性封装；封盖的尺寸和形状与待封装的电子器件相适配，在封盖的内侧面，具有一个向外侧面方向凸起的、用于容纳熔封玻璃绝缘子的腔体结构，封盖还包括环绕腔体结构的边缘一体式设置的扁平状飞边；环绕所述腔体结构内壁一周，还设置有一个防溢结构，封盖在墙体结构位置，开设有用于穿插引线的通孔。本发明通过设置金属环使得熔封后的玻璃绝缘结构形状规则，避免玻璃出现应力集中现象，从而解决熔封后玻璃易产生裂纹、崩边等的问题。

Description

一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖及其应用和制备

技术领域

本发明涉及电子元器件封装领域，具体地说是涉及一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖及其应用和制备。

背景技术

电子元器件一般由内部芯片和电路、基板以及气密性封装外壳构成，电子元器件的快速发展离不开气密性封装外壳的支撑，电子元器件的快速发展也带动了气密性封装外壳的发展。核心、基础电子元器件具有很强的通用性和替代互换性，广泛用于各类电信传输、智能控制等电子信息领域，其对质量稳定性及批量化生产有很高的要求。气密性封装外壳作为其关键配件，不仅起到内外电路互联的作用，而且还起到保护其内部电路等其他作用，是电子元器件性能指标的最直接体现。因此，如何实现封装外壳大批量、稳定地制备及使用是摆在行业面前的难题。

直接决定高可靠电子元器件封装质量的因素一方面为封装外壳本身质量，另一方面为封盖或封帽工艺质量。针对封装外壳而言，一般高可靠外壳基体材料采用可伐合金、冷轧钢等传统封装材料进行制备，绝缘子采用玻璃材质，考虑到产品尺寸结构、批产以及具体使用要求等因素，整体式大玻璃金属外壳在行业内占有很大的比例。

此类外壳采用整体式大玻璃绝缘子，但由于玻璃材料本身固有物理属性，玻璃与金属壳体进行高温熔封后玻璃容易出现外溢、流淌等结构不规则现象，进而导致应力集中，从而造成玻璃出现裂纹等缺陷，尤其是对于尺寸较大的整体玻璃，影响更严重。同时，针对此类外壳封帽/盖工艺而言，由于烧结后玻璃绝缘子形状、规则、结构等一致性不均匀，导致封盖或封帽时加载在壳体上的压力直接传递到玻璃绝缘子上，又加剧了应力对玻璃的破坏，更容易出现玻璃裂纹等缺陷，进一步影响了电子元器件质量及可靠性。

此问题的存在限制了封装外壳的快速发展，也制约了核心、基础类电子元器件的高速崛起。如何能够很好的解决金属外壳大玻璃绝缘子熔封后应力集中问题，同时又能很好的减少或避免后道封盖或封帽压力对玻璃绝缘子的破坏，是摆在行业面前的一道难题。

发明内容

为了解决冲制类、整体大玻璃熔封密封中容易产生玻璃缺陷的问题，本发明首先提供了一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖。

本发明采用的技术方案为：

一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其设置在电路板上，用于和引线、玻璃绝缘子及盖帽配合，形成电子器件的气密性封装；所述封盖的尺寸和形状与待封装的电子器件相适配，在所述封盖靠近电路板的一面即内侧面，具有一个向远离所述电路板的一面即外侧面方向凸起的、用于容纳熔封玻璃绝缘子的腔体结构，所述封盖还包括环绕所述腔体结构的边缘一体式设置的飞边，所述飞边呈扁平状，飞边的底面平行于电路板用于封装的表面，以保证贴合；环绕所述腔体结构内壁一周，还设置有一个防溢结构，所述封盖在腔体结构的设定位置处，开设有用于穿插引线的通孔。

优选的，所述防溢结构为设置在腔体结构内壁上的一圈凸起，该凸起的截面形状为角形或圆形或半圆形或矩形或梯形；更优选为三角形。

优选的，所述防溢结构的材质与封盖内侧面材质相同，防溢结构在水平方向的长度为封盖壁厚的50～80％，竖直方向的高度为水平方向长度的1～1.2倍。

优选的，所述防溢结构的设置位置低于腔体结构总高度的1/2，且所述防溢结构的底部至封盖底边的距离，大于等于飞边宽度的1/2。

优选的，所述封盖材质为可伐合金4J29或铁镍合金4J42或膨胀合金4J50或冷轧钢。

优选的，所述封盖基材由设置在外侧面的无氧铜和设置在内侧面的可伐合金复合构成。

优选的，所述无氧铜为TU1，所述可伐合金为4J29或铁镍合金4J42。

优选的，所述无氧铜和可伐合金复合后的总厚度为0.1～1.0mm，其中无氧铜和可伐合金的厚度比为7：3。

本发明还提供一种气密性封装外壳，该封装外壳包括如上所述的低玻璃绝缘子应力的封装封盖，以及设置在所述封盖腔体结构中的玻璃绝缘子，和穿插在所述玻璃绝缘子和封盖中的引线。

上述气密性封装外壳的制备方法，包括以下步骤：

S1.利用所需材料，使用冲制或车或铣加工工艺，加工出所需尺寸的封装封盖，并一体加工出防溢结构；所述封盖包括腔体结构和飞边，并在相应位置开设有通孔；

S2.在与封盖匹配的玻璃绝缘子上加工出与通孔位置适配的引线孔；

S3.将玻璃绝缘子装配至腔体结构内部，将引线穿插入通孔和引线孔后，将封盖的开口侧向上放置，并将封盖、玻璃绝缘子和引线共同进行高温烧结，熔封成为一个整体，即得到所需的气密性封装外壳。

本发明提供的气密性封装外壳还可以和盖帽配合，形成气密性封装。

一种气密性封装，包含如上所述的气密性封装外壳，以及设置在所述气密性封装外壳表面的盖帽。

优选的，所述盖帽的大小与封盖匹配，且盖帽的边缘具有一个设置形式与封盖的飞边相适配的边沿，该边沿的下表面与封盖的飞边上表面贴合。

本发明的有益效果在于：

金属封装外壳的壳体一般通过车、铣、冲制等工艺加工成形，带有一定的腔体结构，目的是用于容纳玻璃绝缘子以及与之配合的引线。针对整体式大玻璃绝缘子金属外壳，传统技术一般将容纳玻璃绝缘子的腔体设计和加工为直侧壁结构，这样带来的问题是熔封后玻璃绝缘子会沿着直侧壁爬高、浸润，进而产生外溢、流淌等缺陷，从而造成玻璃绝缘子应力集中，玻璃容易产生裂纹等缺陷，影响金属封装外壳密封可靠性。另外，玻璃绝缘子熔融后，在后续的封盖以及封帽过程中，加载的压力都会传递到玻璃绝缘子上，增加玻璃破裂风险。

而采用本发明提供的封盖，不论是在封装前封装外壳的制备还是对于封装后的电子元器件组装，都能够克服现有产品存在的设计缺陷，降低玻璃绝缘子应力，提高产品可靠性，具体的：

通过在封盖的腔体结构内壁周边设计一圈凸起的防溢结构，可以将玻璃绝缘子熔封后限制在一定区域内，使玻璃绝缘子形状更规则，有效避免由熔封后大玻璃绝缘子外溢、流淌等现象引起的应力集中问题。同时，本封盖设计还可以有效减少或避免封盖及封帽过程中直接作用在玻璃绝缘子上的压力，降低由此带来的风险，进一步提高封装后电子元器件密封可靠性。

本发明中，防溢结构凸起的竖截面可以是三角形、圆形、半圆形、矩形、梯形等形状，优选为三角形。三角形凸起一方面易于加工，成本低；另一方面是占用的空间体积小，不影响玻璃量的控制，另外，三角形凸起对于熔封后玻璃区域的限制性强，从而使得熔封后玻璃形状更规则、应力更小，但具体使用形状以实际需求及加工工艺为准。

本发明凸起设计的位置尽量靠近熔封内腔中线以下，这样做的目的一方面是保证有充足的熔封内腔，能够更好地容纳一定的玻璃量，从而有效保证金属封装外壳绝缘、密封等性能；另一方面是让熔封内腔下部预留出一定的空间，能够防止金属外壳封盖时加载在壳体边缘的压力直接传递到玻璃上，从而降低玻璃绝缘子应力，防止出现裂纹。

本发明在烧结熔封时，需保持熔封内腔开口方向向上，这是因为考虑到装配问题，整体式大玻璃外形尺寸要小于内凸起边界尺寸，才能使玻璃顺利装配到腔体结构中，而为了保证玻璃用量，玻璃绝缘子的高度相比其它方案会偏高。保持熔封内腔开口方向向上，既能够适应玻璃高度偏高带来的影响，另外可以更好地将熔封后的玻璃限制在熔封内腔凸起区域内，使其形状更规则，避免应力集中。

最后，传统气密性封装中，壳体和封盖进行平行缝焊或储能焊焊接时，都会不同程度的产生多余物飞溅，一旦飞溅的多余物污染器件内部的电路，将造成无法想象的恶性后果，这种飞溅物的产生是由工艺本身固有局限性导致的，无法从根本上彻底解决或杜绝。

机械式压力焊接是指借助压力使待焊金属产生塑性变形而实现固态焊接的方法，通过塑性变形使金属紧密接触，达到晶间结合。此工艺不会产生多余物飞溅，因此，是解决高端电子元器件稳定性的有效手段。机械式压力焊接实施的前提是被焊件必须具有足够的塑性冷压量、塑性变形量，通常适用的材质为铝、铜等。而常规封装材料如可伐合金(4J29)、冷轧钢等由于物理属性原因，限制了其机械式压力焊接封盖工艺的应用。

本发明封盖进一步选择无氧铜(TU1)和可伐合金(4J29)复合材料制备，一方面利用设置在外侧面的无氧铜(TU1)材质较软、流动性好的塑性变形能力特性，使得封盖可以进行机械式压力密封，从根本上解决了热压储能焊多余物飞溅的问题，极大提高电子元器件的稳定性；另一方面，设置在内侧面的可伐(4J29)材质，可以与玻璃进行高可靠熔封，提高了壳体密封的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的低玻璃绝缘子应力的封装封盖结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中Ⅰ部分的放大图；

图4为低玻璃绝缘子应力的封装封盖和玻璃绝缘子、引线熔封后，形成气密性封装外壳的示意图；

图5为图4中Ⅱ部分放大图；

图6为盖帽的结构示意图；

图7为低玻璃绝缘子应力的封装封盖和盖帽连接后，形成气密性封装的示意图。

图中标注符号的含义如下：

10-封盖11-外侧面12-内侧面13-腔体结构131-防溢结构14-飞边15-通孔

30-盖帽31-边沿

41-引线42-玻璃绝缘子

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行说明，以便于本领域的技术人员理解。

如图1-7所示，一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其设置在电路板上，用于和引线41、玻璃绝缘子42配合，形成电子器件的气密性封装外壳。

所述封盖10的尺寸和形状与待封装的电子器件相适配，在封盖靠近电路板的一面即内侧面11，具有一个向远离所述电路板的一面即外侧面11方向凸起的、用于容纳熔封玻璃绝缘子42的腔体结构13，封盖10还包括环绕所述腔体结构13的边缘一体式设置的飞边14，所述飞边14呈扁平状，飞边14的底面平行于电路板用于封装的表面，以保证贴合。

环绕所述腔体结构13内壁一周，还设置有一个防溢结构131，防溢结构131为设置在腔体结构13内壁上的一圈凸起，该凸起的竖截面形状为三角形或圆形或半圆形或矩形或梯形等形状，本实施例中优选为三角形。防溢结构131的材质与熔封腔体13内侧壁的材质一致，本实施例中为可伐合金，防溢结构131在水平方向的长度为封盖10壁厚的50～80％，竖直方向的高度为水平方向长度的1～1.2倍。为了保证玻璃熔封的腔体体积，以及降低熔封后玻璃的应力，防溢结构131的设置位置低于腔体结构13总高度的1/2，更优选为自上而下设置在腔体总高度的1/2～4/5位置，且防溢结构131底部至封盖10底边的距离，大于等于飞边14宽度的1/2。

所述封盖10在腔体结构13的设定位置处，开设有用于穿插引线41的通孔15。

进一步的，本发明中封盖10基材由设置在外侧面11的无氧铜和设置在内侧面12的可伐合金复合构成。本实施例中，无氧铜为TU1，可伐合金为4J29，且无氧铜和可伐合金复合后的总厚度为0.1～1.0mm，其中无氧铜和可伐合金的厚度比为7：3。

当本发明封盖10用于电路组装后，在封盖10的外侧面，还设置有盖帽30。为了达到较好的配合效果，盖帽30的材质为无氧铜TU1，盖帽30大小与所述封盖10匹配，盖帽内部具有容纳封盖腔体结构13的空腔，且盖帽30的边缘具有一个设置形式与封盖10的飞边14相适配的边沿31，用于更好的与封盖10形成密封。

上述具有低玻璃绝缘子应力的封装的制备方法以及利用该封盖封装的方法，步骤如下：

S1.利用无氧铜和可伐合金材料，使用冲制或车或铣加工工艺，加工出所需尺寸的封装封盖10，并一体加工出防溢结构131；所述封盖10包括腔体结构13和飞边14，并在相应位置开设有通孔15；

S2.在与封盖10匹配的玻璃绝缘子42上加工出与通孔15位置适配的引线孔；

S3.将玻璃绝缘子42装配至腔体结构13内部，将引线41穿插入通孔15和引线孔后，将封盖10的开口侧向上放置，并将封盖10、玻璃绝缘子42和引线41高温烧结，利用玻璃熔融变形冷却后，牢固地将封盖10、金属环131以及引线41连接成为一个整体，即得到低玻璃绝缘子应力的封装外壳；

S4.利用无氧铜TU1加工出盖帽30，并对盖帽30和S3中的引线41及封盖10进行电镀，其中盖帽30镀金或镀镍，引线41及封盖10镀金，以满足焊接要求，以及便于电镀工艺的实施；

S5.将盖帽30装配到S2中的封盖外侧面11，使盖帽的边沿31下表面与封盖的飞边14上表面贴合；

S6.将经过S4处理的封盖10封装在所需的电路板上，电子器件密封在封盖10和盖帽30形成的空间中，从而形成具有气密性功能的气密性封装器件。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其设置在电路板上，用于和引线(41)、玻璃绝缘子(42)及盖帽(30)配合，形成电子器件的气密性封装，其特征在于，所述封盖(10)的尺寸和形状与待封装的电子器件相适配，在所述封盖靠近电路板的一面即内侧面(12)，具有一个向远离所述电路板的一面即外侧面(11)方向凸起的、用于容纳熔封玻璃绝缘子(42)的腔体结构(13)，所述封盖(10)还包括环绕所述腔体结构(13)的边缘一体式设置的飞边(14)，所述飞边(14)呈扁平状，飞边(14)的底面平行于电路板用于封装的表面，以保证贴合；环绕所述腔体结构(13)内壁一周，还设置有一个防溢结构(131)，所述封盖(10)在腔体结构(13)的设定位置处，开设有用于穿插引线(41)的通孔(15)。

2.如权利要求1所述的一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其特征在于，所述防溢结构(131)为设置在腔体结构(13)内壁上的一圈凸起，该凸起的截面形状为角形或圆形或矩形或梯形。

3.如权利要求2所述的一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其特征在于，所述防溢结构(131)的材质与封盖(10)内侧面材质相同，防溢结构(131)在水平方向的长度为封盖(10)壁厚的50～80％，竖直方向的高度为水平方向长度的1～1.2倍。

4.如权利要求3所述的一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其特征在于，所述防溢结构(131)的设置位置低于腔体结构(13)总高度的1/2，且所述防溢结构(131)的底部至封盖(10)底边的距离，大于等于飞边(14)宽度的1/2。

5.如权利要求1所述的一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其特征在于，所述封盖(10)材质为可伐合金4J29或铁镍合金4J42或膨胀合金4J50或冷轧钢。

6.如权利要求1所述的一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其特征在于，所述封盖(10)基材由设置在外侧面(11)的无氧铜和设置在内侧面(12)的可伐合金复合构成。

7.如权利要求6所述的一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其特征在于，所述无氧铜为TU1，所述可伐合金为4J29或铁镍合金4J42。

8.如权利要求7所述的一种具有低玻璃绝缘子应力的封装封盖，其特征在于，所述无氧铜和可伐合金复合后的总厚度为0.1～1.0mm，其中无氧铜和可伐合金的厚度比为7：3。

9.一种气密性封装外壳，其特征在于，该封装外壳包括如权利要求1-8任一项所述的封盖(10)，以及设置在所述封盖(10)腔体结构(13)中的玻璃绝缘子(42)，和穿插在所述玻璃绝缘子(42)和封盖(10)中的引线(43)。

10.一种如权利要求9所述的气密性封装外壳的制备方法，其特征在于，步骤如下：

S1.利用所需材料，使用冲制或车或铣加工工艺，加工出所需尺寸的封盖(10)，并一体加工出防溢结构(131)；所述封盖(10)包括腔体结构(13)和飞边(14)，并在相应位置开设有通孔(15)；

S2.在与封盖(10)匹配的玻璃绝缘子(42)上加工出与通孔(15)位置适配的引线孔；

S3.将玻璃绝缘子(42)装配至腔体结构(13)内部，将引线(41)穿插入通孔(15)和引线孔后，将封盖(10)的开口侧向上放置，并将封盖(10)、玻璃绝缘子(42)和引线(41)共同进行高温烧结，熔封成为一个整体，即得到所需的气密性封装外壳。

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