一种球形对接结构的电子芯片封装体的制作方法

本实用新型涉及一种封装结构，具体涉及一种用于封装电子芯片的封装体，属于超声波焊接技术领域。

背景技术：

国家能源战略中提出重点开发海洋油气资源，我国深海油气资源开发装备队伍迎来了空前发展良机，作为深海油气资源开发装备队伍的重要成员，油管及其附属装置承担着输油输气的关键任务。而以电子芯片为代表的一系列电子元器件，承担着井下设备和深海勘探设备的全寿命周期的管理和维护使命，电子芯片中记录了管路的各种规格参数以及维护信息，电子芯片必须通过相应的封装结构可靠的安装在对应的管路上。无论在井下作业还是在深海作业，封装结构不可避免地，面临着极其严苛的要求以及极其恶劣的工况，作业环境具有高压、高温、酸弱性、振动的特点。

通常地，绝大多数的封装结构大多采用螺纹副配合，有些气密水密设备则采用橡胶密封圈作为密封、承压手段。螺纹副在加工工艺中需车削极其多的牙数，密封部位需要极其长的牙数，以期达到预期的密封效果，这种设计有以下缺点：占据了有限空间，消弱了耐压结构的强度，同时在具有严重腐蚀性的液体中螺纹配合极其容易被腐蚀失效，无法实现恶劣环境下密封和承压。与此同时，通常方案需配置防老化的高质量进口密封圈以期实现密封，橡胶密封圈周期长，价格贵，而且使用寿命极其有限。

采用超声波焊接也是封装结构的一种方式，目前的结构往往存在着以下缺点：首先，零件的空间限制导致的壁厚过小，使得封装体的刚度不足，进而产生墩粗现象，圆柱形封装在上端部收到来自超声波焊接机的气压作用力，设置为3MPa，由于壁厚只有1mm，传统的直接在壁厚上开一个环形槽0.5mm，将导致剩余壁厚只有1-0.5＝0.5mm，焊接时被严重墩粗；此外，传统的焊接工艺在薄壁管件无法设计比较好的定位部件，焊接时容易产生偏移进而导致废品率居高不下；现有焊接结构还存在焊接不密实，有泄漏的现象产生，原因是壁厚厚度过小导致的焊接线无法布置，因为焊接线过小导致的焊接强度不够，传统三角形焊线导致的剪切应力集中于局部。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种球形对接结构的电子芯片封装体，封装体采用合理的焊接结构实现可靠封装，能够解决高压(70MPa)、高温(200℃)、冲击及振动载荷、酸碱性环境等复杂工况下针对极其有限空间内进行高可靠性、长寿命周期封装的问题。

一种球形对接结构的电子芯片封装体，该封装体包括由聚醚醚酮材料制成的盖板和盒体，外围设备为电子芯片；

所述盖板是具有一定厚度的圆形结构，该圆形结构的一侧的表面上有圆柱形的凸起结构，凸起结构与圆形结构相接处的表面上分布有环形焊道；

所述盒体为一端开放一端封闭的空心圆柱体结构，开放端具有与盖板环形焊道对应的球形焊接结构；封闭端的外侧端面为圆锥形面；

盖板通过凸起结构与盒体的开放端配合装配在一起，球形焊接结构的前端插入盖板上的环形焊道中，利用超声波焊接将盖板和盒体焊接成一体，电子芯片被封装在盒体内部。

进一步地，所述聚醚醚酮的基材采用威格斯450，辅料采用玻纤和碳纤，两者比例之和小于45％；注塑的过程中的温度保持在390度，压力保持在30MPa。

进一步地，所述盒体的球形焊接结构为球形横截面，球形截面的外径位于中性面上，球形内部为与盒体内腔共形的孔道；中性面为与外径同心的半径为内径、外径平均值的圆柱面。

进一步地，所述盒体和盖板焊接后的封闭空腔内填充有填料函。

进一步地，所述环形焊道的宽度和深度分别为0.2和0.4mm，所述球形焊接结构的高度为1.14mm。

进一步地，所述盒体封闭端圆锥面的圆锥角为2°。

有益效果：

1、本实用新型盖板选取的厚度和材料在保证足以承受外压的同时，内部圆面不会有较大程度的内陷，进而出现压裂后导致具有酸性、腐蚀性的液体压入腔体，造成被封装的芯片压裂、腐蚀；也能避免内陷深度一旦较大，在中央凹陷最大的局部会产生应力集中，直接作用在电子元器件的上表面，造成不必要的损伤。

2、本实用新型聚醚醚酮采用的基材能够抵抗更高的压力，但是流动性差；辅料中的玻纤具有强化刚度的作用，碳纤具有自润滑的特性，具有较高的强度，同时具有较高的流动性，两者通过适当的比例混合注塑成型后使得材料具有良好的焊接性能。

3、本实用新型盒体上设计的焊接结构一方面能够将焊接的能量进行聚焦，产生更加强大的能量和高温，瞬间熔融焊料，另一方面，能够抵御来自上盖的振动，不仅减少有害的振动，将其转化为对焊接有促进作用的有益振动，此外还增大了局部的强度，不至于在还没有完全融化的时候发生压溃等不良现象。

4、本实用新型盒体底部具有一定锥度的圆锥底，具有承载更高压力更高温度工况的能力，其锥度设计盖板相同；盒体壁厚设计为具有抵御圆周面法向的压力和液压的能力。

5、本实用新型焊接结构的球形焊线与焊道两者相互结合，不仅不会产生偏焊、墩粗等现象，而且能够达到更高的焊接强度；两者焊接结构具有相互补充作用；两者能够增强产品的密封，增强产品的耐压能力，增强产品的生存能力。

附图说明

图1和2为本实用新型焊接前的结构示意图。

图3和4为本实用新型焊接后的结构示意图；

图5为盖板的结构示意图。

其中，1-盒体，2-盖板。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

如附图1和2所示，本实用新型提供了一种球形对接结构的电子芯片封装体，该封装体包括盖板2和盒体1，外围设备为电子芯片；盖板2和盒体1的材料采用聚醚醚酮，聚醚醚酮的基材采用威格斯450，辅料采用20％的玻纤和15％的碳纤，两者比例之和小于45％；注塑的过程中的温度保持在390度，压力保持在30MPa。

如附图5所示，盖板2是具有一定厚度的圆形结构，圆形结构的厚度为1.4mm，外径为4.1mm；该圆形结构的一侧的表面上有圆柱形的凸起结构，凸起结构的外径为2.1mm，长度为0.95mm；凸起结构与圆形结构相接处的表面上分布有环形焊道，环形焊道的宽度和深度分别为0.2和0.4mm，所述球形焊接结构的高度为1.14mm。

盒体1为一端开放一端封闭的空心圆柱体结构，长度为19.14mm、外径为4.1mm、内径为2.1mm；开放端具有与盖板2环形焊道对应的球形焊接结构，盒体1的球形焊接结构为球形横截面，球形截面的外径位于中性面上，球形内部为与盒体1内腔共形的孔道；中性面为与外径同心的半径为内径、外径平均值的圆柱面；封闭端的端面为圆锥形面，该圆锥面的圆锥角为2°。

如附图3和4所示，盖板2通过凸起结构与盒体1的开放端配合装配在一起，球形焊接结构的前端插入盖板2上的环形焊道中，利用超声波焊接将盖板2和盒体1焊接成一体，电子芯片被封装在盒体2内部。

盒体1和盖板2焊接后的封闭空腔内填充有填料函以保障电子芯片在内部的稳定性。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。