一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法及其应用
【专利摘要】一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法及其应用，本发明涉及一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法及其应用。本发明是要解决现有待封装器件与玻璃绝缘端子封接过程中生产成本高、效率低且气密性低的问题。方法：本发明采用非匹配封接方式，即采用低融点玻璃粉作为过渡封接融钎材料，省去了可伐合金环，在绝缘端子的高温玻璃柱外侧烧结一层低融点玻璃，制成复合玻璃柱，然后将复合玻璃柱在待封装器件的端孔内安装后，用夹具装配好后直接烧结封装。本发明用于航空、航天、舰船或地面的相控阵雷达T/R管壳的封装，以及其他领域的精密元器件的金属壳体与玻璃件的封接。
【专利说明】
一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法及其应用
技术领域
[0001]本发明涉及一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法及其应用。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的飞速发展，大功率电子元器件的集成度和发热量越来越高，温度过高已成为影响器件精度和造成器件失效的重要因素之一，这对电子封装材料散热性提出更高的要求。同时，电子元器件热循环工作时易产生较大的热应力，若电子封装材料和半导体芯片基板之间热膨胀系数(Coefficient of thermal expans1n,CTE)不匹配，易导致电子元器件热疲劳失效。而对于航空航天来说，希望电子封装材料具有较低的密度以降低发射与飞行成本同时提高飞行器的工作性能。因此，高热导率、低热膨胀系数和轻量化是发展现代电子封装材料必须考虑的三大基本要素。
[0003]现有电子行业采用高硅铝或铝基复合材料来取代传统的可伐合金作为雷达信号发射与接收管壳的换代材料，这些新材料具有三个方面的优越性:重量轻:可降低燃料消耗，提高飞行速度，优化机动作战能力；导热好:可降低元器件的工作温度，提高功率和可靠性，延长工作寿命;铝基复合材料有高的平均谐振频率:平均谐振频率比铝合金、钛合金、镁合金及钢材高出65?80 %，应用该材料可显著提高设备基频，防止共振，提高整体结构的可靠性。
[0004]铝合金、高硅铝和铝基复合材料，无论在军用还是民用的电子封装领域，都有巨大的市场需求，涉及到玻璃绝缘端子融接密封问题时，由于这两种材料的熔点较低，焊接温度区间较小，限制了其焊接方法以及工艺的选择。以往，将可伐合金壳体与玻璃柱(绝缘子)是在900 0C -960 0C高温下直接烧结融封在一起。当上述新材料与玻璃绝缘子焊接时，900 °C高温烧结的传统做法已不可行(铝合金和铝基复合材料的熔点才660°C左右)。为此，目前多数单位铝基基体材料(高硅铝、铝合金或铝基复合材料)与绝缘端子的封接是在玻璃绝缘子外包裹一个可伐合金环，然后与铝基基体材料之间采用Au-Sn或Sn-Pb钎料的软钎焊工艺，如图1所示;其钎焊温度一般在200°C?300°C之间，不但成本高，工艺麻烦，而且给后续工艺预留温度梯度低，同时该封接工艺气密性达标率较低(特别是阶梯孔)。
【发明内容】
[0005]本发明是要解决现有待封装器件与玻璃绝缘端子封接过程中生产成本高、效率低且气密性低的问题，而提供一种待封装器件与玻璃柱低温融封的方法及其应用。
[0006]本发明的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法具体是按以下步骤进行:
[0007]在玻璃绝缘端子的高温玻璃柱的外表面烧结一层低融点玻璃粉，得到复合玻璃柱;然后将复合玻璃柱置于待封装器件壳体的端孔内，采用夹具装配好直接烧结封装，即完成待封装器件与玻璃柱的封接;所述待封装器件的材质为高硅铝、铝合金或铝基复合材料。
[0008]本发明的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法用于精密元器件的金属壳体与玻璃件的封接。
[0009]本发明的有益效果是:
[0010]本发明采用了独创的复合玻璃柱低温烧结技术来对基体材料进行电子封装，根据不同的基体材料(铝合金、高硅铝和铝基复合材料)，采用不同的低融点玻璃粉以及工艺参数，生产相应的复合玻璃柱，然后一次性成功地在壳体上烧结融封好玻璃绝缘子。这样不但降低了材料成本(不需昂贵的钎料)，而且免去了钎料装配工序(节省工时并免去了人为因素对封接质量的影响)，从而使气密性达标率得到提高，提高了组件的可靠性，也为后续工艺留出了较宽裕的温度梯度空间。
【附图说明】
[0011 ]图1为现有铝基复合材料与玻璃绝缘端子的封接后剖面示意图；其中I为高温玻璃柱，2为可伐环，3为钎料，4为高硅铝材质的待封装器件，5为接线针；
[0012]图2为本发明的待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封后的剖面示意图；其中I为复合玻璃柱，2为高温玻璃柱，3为低融点玻璃粉，4为高硅铝材质的待封装器件，5为接线针。
【具体实施方式】
[0013]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0014]【具体实施方式】一:本实施方式一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法具体是按以下步骤进行:
[0015]在玻璃绝缘端子的高温玻璃柱的外表面烧结一层低融点玻璃粉，得到复合玻璃柱;然后将复合玻璃柱置于待封装器件壳体的端孔内，采用夹具装配好直接烧结封装，即完成待封装器件与玻璃柱的封接;所述待封装器件的材质为高硅铝、铝合金或铝基复合材料。
[0016]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述玻璃绝缘端子的高温玻璃柱的介电常数为4?4.5。其他与【具体实施方式】一相同。
[0017]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述玻璃绝缘端子的高温玻璃柱的融点为900°C?960°C。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0018]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:所述低融点玻璃粉的融点为420°C?550°C。其他与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0019]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:所述复合玻璃柱表面低融点玻璃粉的厚度为0.15?0.45_。其他与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0020]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:本实施方式中所述低融点玻璃粉可以是融点为450°C的D250低温熔融玻璃粉。其他与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0021]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:所述采用夹具装配好直接烧结封装中的烧结温度与低融点玻璃粉的融点相同。其他与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0022]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:所述采用夹具装配好直接烧结封装中的烧结温度大于低融点玻璃粉的融点，同时小于待封装器件的固相线温度。其他与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0023]【具体实施方式】九:本实施方式的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法用于精密元器件的金属壳体与玻璃件的封接。
[0024]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】九不同的是:一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法用于航空、航天、舰船或地面的相控阵雷达T/R管壳的封装。其他与【具体实施方式】九相同。
[0025]【具体实施方式】十一:本实施方式与【具体实施方式】九或十不同的是:一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法用于相控阵雷达中T/R管壳的封装时，当待封装器件的材质为高硅铝或铝基复合材料时，置于待封装器件内的陶瓷芯片的热膨胀系数与所述待封装器件的热膨胀系数相同；当待封装器件的材质为铝合金时，待封装器件内的陶瓷芯片需要通过机械方式与待封装器件连接。其他与【具体实施方式】九或十相同。
[0026]本实施方式中一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法用于相控阵雷达中T/R管壳的封装时，当待封装器件的材质为高硅铝或铝基复合材料时，置于待封装器件内的陶瓷芯片的热膨胀系数与所述待封装器件的热膨胀系数相同是指两者之间的热膨胀系数误差控制在±10%内。
[0027]采用以下实施例验证本发明有益效果:
[0028]实施例一:本实施例一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法具体是按以下步骤进行:
[0029]将尺寸为Φ2.4πιπιΧ1.6mm的玻璃绝缘端子的外表面包覆一层低融点玻璃粉，然后置于烧结炉中，将烧结炉的温度在40min内从室温升温至436°C，在温度为436°C的条件下保温30min后，随炉冷却至300°C取出，得到复合玻璃柱;所述复合玻璃柱的尺寸为Φ 2.9mm;通过宏观和显微观察，发现复合柱同轴，表面光泽度良好，结合面良好。
[0030]然后采用装配定位夹具将复合玻璃柱装配在经酒精和丙酮混合液超声波清洗两遍后的待封装器件壳体的端孔内，然后将温度在40min内从室温升温至520°C，在温度为520°C的条件下保温1min后，冷却I小时，即完成待封装器件与复合玻璃柱的封接;所述待封装器件材质为CEl I高硅铝合金;所述低融点玻璃粉的融点为5200C。
[0031]检测其封接后的外观和气密性，经检测:融封界面平整，焊料无溢出，复合玻璃柱保持同轴，气密性达标。
[0032]待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封后的剖面如图2所示。
[0033]实施例二:本实施例一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法具体是按以下步骤进行:
[0034]将尺寸为Φ2.4πιπιΧ1.6mm的玻璃绝缘端子的外表面包覆一层低融点玻璃粉，然后置于烧结炉中，将烧结炉的温度在40min内从室温升温至436°C，在温度为436°C的条件下保温30min后，随炉冷却至300°C取出，得到复合玻璃柱;所述复合玻璃柱的尺寸为Φ 2.9mm;通过宏观和显微观察，发现复合柱同轴，表面光泽度良好，结合面良好。
[0035]然后采用装配定位夹具将复合玻璃柱装配在经酒精和丙酮混合液超声波清洗两遍后的待封装器件壳体的端孔内，然后将温度在40min内从室温升温至465°C，在温度为520°C的条件下保温60min后，冷却I小时，即完成待封装器件与玻璃柱的封接;所述待封装器件材质为高体积分数(55%)碳化硅颗粒增强铝基复合材料;所述低融点玻璃粉的融点为465-C。
[0036]检测封接后的外观和气密性，经检测:融封界面平整，焊料无溢出，复合玻璃柱保持同轴，气密性达标。
[0037]实施例三:本实施例一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法具体是按以下步骤进行:
[0038]将尺寸为Φ1.9mmX 1.9mm的玻璃绝缘端子的外表面包覆一层低融点玻璃粉，然后置于烧结炉中，将烧结炉的温度在40min内从室温升温至426°C，在温度为426°C的条件下保温30min后，随炉冷却至300°C取出，得到复合玻璃柱;所述复合玻璃柱的尺寸为Φ 2.6mm;通过宏观和显微观察，发现复合柱同轴，表面光泽度良好，结合面良好。
[0039]然后采用装配定位夹具将复合玻璃柱装配在经酒精和丙酮混合液超声波清洗两遍后的待封装器件壳体的端孔内，然后将温度在40min内从室温升温至490°C，在温度为490°C的条件下保温60min后，冷却I小时，即完成待封装器件与玻璃柱的封接;所述待封装器件材质为6061铝合金;所述低融点玻璃粉的融点为490°C。
[0040]检测其封接后的外观和气密性，经检测:融封界面平整，焊料无溢出，复合玻璃柱保持同轴，气密性达标。
【主权项】
1.一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法，其特征在于待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法具体是按以下步骤进行: 在玻璃绝缘端子的高温玻璃柱的外表面烧结一层低融点玻璃粉，得到复合玻璃柱;然后将复合玻璃柱置于待封装器件的端孔内，采用夹具装配好直接烧结封装，即完成待封装器件与玻璃柱的封接;所述待封装器件的材质为高硅铝、铝合金或铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法，其特征在于所述玻璃绝缘端子的高温玻璃柱的介电常数为4?4.5。3.根据权利要求1所述的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法，其特征在于所述玻璃绝缘端子的高温玻璃柱的融点为900°C?960°C。4.根据权利要求1所述的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法，其特征在于所述低融点玻璃粉的融点为420 °C?550 °C。5.根据权利要求1所述的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法，其特征在于所述复合玻璃柱表面低融点玻璃粉的厚度为0.15?0.45mm。6.根据权利要求1所述的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法，其特征在于所述采用夹具装配好直接烧结封装中的烧结温度与低融点玻璃粉的融点相同。7.根据权利要求1所述的一种待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法，其特征在于所述采用夹具装配好直接烧结封装中的烧结温度大于低融点玻璃粉的融点，同时小于待封装器件的固相线温度。8.如权利要求1所述的方法的应用，其特征在于待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法用于精密元器件的金属壳体与玻璃件的封接。9.根据权利要求8所述的待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法的应用，其特征在于待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法用于航空、航天、舰船或地面的相控阵雷达T/R管壳的封装。10.根据权利要求9所述的待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法的应用，其特征在于待封装器件与玻璃绝缘端子低温融封的方法用于相控阵雷达中T/R管壳的封装时，当待封装器件的材质为高硅铝或铝基复合材料时，置于待封装器件内的陶瓷芯片的热膨胀系数与所述待封装器件的热膨胀系数相同；当待封装器件的材质为铝合金时，待封装器件内的陶瓷芯片需要通过机械方式与待封装器件连接。
【文档编号】H01L21/50GK106007409SQ201610546031
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】牛济泰
【申请人】牛济泰