CN1491761A - 一种制备Kovar合金电子封装盒体的方法 - Google Patents

一种制备Kovar合金电子封装盒体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了制备Kovar合金电子封装盒体的方法。将铁、镍、钴粉按重量百分比Fe∶Ni∶Co＝53～55∶29～31∶16～18配料，用高能球磨机磨2～8小时得到合金复合粉末；在合金复合粉末加入粘结剂，混合成均匀的喂料，粉末装载量为55～64％；喂料在注射机上注射成形，温度为150～170℃，压力为90～110Mpa；注射成形坯采用溶剂脱脂+后续热脱脂的脱脂工艺，在三氯乙烯中将注射成形坯溶剂脱脂2～6小时，在40～60℃的温度下干燥30～60分钟；热脱脂在室温～600℃间进行，时间为6～8小时；注射成形坯脱脂后，在烧结炉中1250～1280℃下烧结，保温1～3小时，烧结产品经后续处理，得到封装盒体。优点在于材料利用率高、产尺寸精度高。

Description

一种制备Kovar合金电子封装盒体的方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，特别是提供了一种制备Kovar合金电子封装盒体的方法。
背景技术
本发明与注射成形技术有关，提供了一种Kovar合金电子封装盒体的制备方法。
封装金属盒体是大功率微电子和光纤通讯连接器件的关键零件，盒体的失效或性能不稳定是影响整机质量的最主要因素之一。为了保证盒体内电子元件的工作稳定性，要求制造金属盒体的材料必须在一定温度范围内具有稳定的并与封装玻璃或陶瓷材料相一致的热膨胀系数，以避免由于二者的膨胀系数差异过大产生大的内应力，引起封装件热疲劳破坏和“炸裂”漏气。Kovar定膨胀合金由于有良好的电、磁和力学性能，尤其是能与硬玻璃和陶瓷实现优良的匹配封接效果，被广泛用作这种盒体的材质。
Kovar合金的应用已有较长的历史，但是目前使用的机加及冲压工艺生产的Kovar合金封装盒还存在以下问题：(1)机加工方法制造成本高，原料浪费大；(2)由于冷加工变形量大，封装盒体在各方向上的热膨胀性能有较大差异，产品性能一致性差，常造成器件在使用过程中，在封接处发生开裂、泄漏破坏；(3)由于Kovar合金塑性变形能力较差，采用冲压方法只能制备壁厚在0.3mm以下的封装盒，在大功率器件中使用时，常发生热变形，导致封装器件整体破坏；(4)冲压方法不易制备一些带多台阶和横孔的盒体，后续机加工不仅周期长、费材大、生产成本很高，而且很难保证盒体内部的平整度和表面质量。
粉末冶金工艺在材料制备中能够比较容易的实现材料成分、组织和性能的精确控制。粉末注射成形是世界上目前最热门的材料成形技术之一，特别适合薄壁、复杂形状零件的近终形生产。因此，将粉末注射成形技术应用在Kovar合金封装盒体的材料制备和零件生产中，可望彻底解决目前面临的困难。本发明提供了一种高性能、高效率和低成本生产Kovar合金封装盒体的方法，重点解决合金的热膨胀各向异性和复杂形状的盒体的成形问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种制备Kovar合金电子封装盒体的方法，以提高材料利用率和产品尺寸精度。
本发明经料粉制备，喂料制备，注射成形，脱脂，烧结工序制备电子封装盒体，具体制备工艺步骤如下：
1.料粉制备：铁、镍、钴粉按重量百分比Fe∶Ni∶Co＝53～55∶29～31∶16～18的比例配料，利用高能球磨机将混合粉末球磨2～8小时得到合金复合粉末(简称粉末)。
2.喂料制备：将合金复合粉末与粘结剂混合成均匀的喂料，装载量为55～64％，所述的装载量是指合金复合粉末与粘结剂的体积比，所述的粘结剂由重量百分比为高密度聚乙烯为15～35％、石蜡60～80％和硬脂酸3～15％组成的复合粘结剂。合金复合粉末装载量优选范围为58-62％。
3.注射成形：喂料在注射机上注射成形，注射温度为150～170℃，注射压力为90～110Mpa。
4.脱脂：注射成形坯采用溶剂脱脂+后续热脱脂的脱脂工艺，首先在三氯乙烯中将注射坯溶剂脱脂2～6小时，然后在40～60℃的温度下干燥30～60分钟。热脱脂在室温～600℃间进行，时间为6～8小时。
5.烧结：注射成形坯脱脂后得到脱脂坯，脱脂坯在烧结炉中1250～1280℃的温度下烧结，保温1～3小时，烧结产品经后续处理，得到封装盒体。
本发明的优点在于：由于利用高能球磨机将粉末预混合，原料混合粉末的成分更加均匀，粒度更细小，烧结活性增加，烧结产品密度高。高能球磨还改变了粉末的粒度和粒度分布，提高了粉末装载量，减小产品烧结时收缩率。将粉末与粘结剂混合后，得到的喂料混合均匀，喂料在注射成形机上注射成形得到盒体注射成形坯密度均匀，烧结时产品收缩一致。烧结产品不需任何机加工处理，喂料可重复利用，材料利用率达100％。采用溶剂脱脂和热脱脂相结合的工艺，不仅缩短了整个脱脂用时，同时减少了变形风险，提高了生产效率和成品率，所生产的盒体尺寸精度高，产品性能均匀一致，且可批量生产，成本低。采用该方法制备的Kovar合金的热膨胀系数(5.5～7.5)×10-6℃-1(20～500℃)；热膨胀各向异性小于5％；致密度大于98％；气密性达到5×10-9Pam3/s；盒体可以进行镀Ni、镀Au，可以进行Ag-Cu焊接。
具体实施方式
实施例1：
按重量百分比铁∶镍∶钴为55∶29∶16的比例配好粉末，然后在高能球磨机中球磨2小时，粘结剂由60％石蜡、35％高密度聚乙烯和5％的硬脂酸组成，粉末装载量为56％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为160℃，注射压力为90MPa，所得的注射成形坯在三氯乙烯中萃取脱脂2小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，脱脂时间为8小时，将脱脂坯置于连续推舟的钼丝炉中进行烧结，烧结温度为1280℃，烧结时间为1小时，即得到Kovar合金封装盒体。
实施例2：
按重量百分比铁∶镍∶钴为55∶29∶16的比例配好粉末，然后高能球磨机中球磨4小时，粘结剂由60％石蜡、35％高密度聚乙烯和5％的硬脂酸组成，粉末装载量为58％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为160℃，注射压力为100Mpa，所得的注射成形坯在三氯乙烯中萃取脱脂2小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于连续推舟的钼丝炉中进行烧结，烧结温度为1280℃，烧结时间为1小时，即得到Kovar合金封装盒体。
实施例3：
按重量百分比铁∶镍∶钴为54∶30∶16的比例配好粉末，然后在高能球磨机中球磨6小时，粘结剂由80％石蜡、15％高密度聚乙烯和5％的硬脂酸组成，粉末装载量为58％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为150℃，注射压力为100Mpa，所得的注射成形坯在三氯乙烯中萃取脱脂6小时，再在40℃温度下干燥60分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于连续推舟的钼丝炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，烧结时间为3小时，即得到Kovar合金封装盒体。
实施例4：
按重量百分比铁∶镍∶钴为53∶29∶18的比例配好粉末，然后在高能球磨机中球磨6小时，粘结剂由80％石蜡、17％高密度聚乙烯和3％的硬脂酸组成，粉末装载量为62％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为160℃，注射压力为100Mpa，所得的注射成形坯在三氯乙烯中萃取脱脂6小时，再在50℃温度下干燥40分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于连续推舟的钼丝炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，烧结时间为2小时，即得到Kovar合金封装盒体。
实施例5：
按重量百分比铁∶镍∶钴为55∶29∶16的比例配好粉末，然后在高能球磨机中球磨8小时，粘结剂由70％石蜡、20％高密度聚乙烯和10％的硬脂酸组成，粉末装载量为64％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为170℃，注射压力为110Mpa，所得的注射成形坯在三氯乙烯中萃取脱脂4小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于连续推舟的钼丝炉中进行烧结，烧结温度为1260℃，烧结时间为1小时，即得到Kovar合金封装盒体。
实施例6：
按重量百分比铁∶镍∶钴为54∶29∶17的比例配好粉末，然后在高能球磨机中球磨6小时，粘结剂由65％石蜡、25％高密度聚乙烯和10％的硬脂酸组成，粉末装载量为58％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJS0-E型注射机上注射成形，注射温度为160℃，注射压力为100Mpa，所得的注射成形坯在三氯乙烯中萃取脱脂2小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于连续推舟的钼丝炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，烧结时间为1小时，即得到Kovar合金封装盒体。
实施例7：
按重量百分比铁∶镍∶钴为53∶31∶16的比例配好粉末，然后在高能球磨机中球磨6小时，粘结剂由65％石蜡、25％高密度聚乙烯和10％的硬脂酸组成，粉末装载量为60％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，注射温度为165℃，注射压力为100Mpa，所得的注射成形坯在三氯乙烯中萃取脱脂3小时，再在40℃温度下干燥60分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于连续推舟的钼丝炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，烧结时间为1小时，即得到Kovar合金封装盒体。

Claims (2)

1.一种制备Kovar合金电子封装盒体的方法，经料粉制备，喂料制备，注射成形，脱脂，烧结工序制备电子封装盒体，其特征在于：具体制备工艺步骤如下：
a、料粉制备：将铁、镍、钴粉按重量百分比Fe∶Ni∶Co＝53～55∶29～31∶16～18的比例配料，利用高能球磨机将混合粉末球磨2～8小时得到合金复合粉末；
b、喂料制备：将合金复合粉末与粘结剂混合成均匀的喂料，装载量为55～64％，所述的装载量是指合金复合粉末与粘结剂的体积比，所述的粘结剂由重量百分比为高密度聚乙烯为15～35％、石蜡60～80％和硬脂酸3～15％组成的复合粘结剂；
c、注射成形：喂料在注射机上注射成形，注射温度为150～170℃，注射压力为90～110Mpa；
d、脱脂：注射成形坯采用溶剂脱脂+后续热脱脂的脱脂工艺，首先在三氯乙烯中将注射成形坯溶剂脱脂2～6小时，然后在40～60℃的温度下干燥30～60分钟；热脱脂在室温～600℃间进行，时间为6～8小时；
e、烧结：注射成形坯脱脂后得到脱脂坯，脱脂坯在烧结炉中1250～1280℃的温度下烧结，保温1～3小时，烧结产品经后续处理，得到封装盒体。
2、按照权利要求1所述的制备电子封装盒体的方法，其特征在于：
合金复合粉末装载量优选范围为58～62％。
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