一种控制腔体内部氢含量的封装外壳制造方法与流程

本发明涉及电子封装技术领域，具体涉及一种控制腔体内部氢含量的封装外壳制造方法。

背景技术：

氢效应是氢引起的砷化镓等半导体芯片和微波电路性能退化的效应。随着封装器件环境可靠性的要求提升，近年来封装有砷化镓等有源芯片电路的器件密封等级逐年提高，导致从外壳材料中逸散出来的氢无法释放，在封装腔体内部不断累积。

在传统的可伐封装外壳制造过程中，可伐外壳的壳体在氢气的气氛下脱碳处理后，通过焊料将相关的馈通组件在氮氢混合气的还原气氛保护下钎焊成烧结件，对钎焊成一体烧结件进行表面电镀镍和金处理，最终成为应用于电子封装的可伐封装外壳。其中，脱碳处理是在氢气氛保护下进行的，而馈通组件与壳体钎焊一般是采用氮气与氢气的混合气氛下进行的，脱碳处理和钎焊过程均使得可伐材料在较高的温度下与氢气发生相关的物理化学作用，高温下氢扩散到材料基体内使得可伐材料吸氢。镀覆镍金过程中，可伐材料一般需经过酸洗，酸与可伐表面氧化膜发生化学反应，与可伐产生电化学作用，整个过程相当于可伐材料在酸中浸泡充氢，在可伐材料镀覆等过程中会伴随着氢气等副反应的发生。基于上述分析，传统的可伐封装外壳制造过程中氢的引入不可能避免，因此按照传统方法制造的可伐封装外壳腔体内部的氢含量高(大于2000ppm)。

专利申请号为201710424083.0的发明专利公开了一种可伐封装外壳的分段式除氢工艺方法。该方法先是通过在外壳镀完镍、金之后在氮气保护气氛的烘箱中进行较低温度、较短时间(相较于常规125℃烘烤168小时或者250℃烘烤48小时)的烘烤，在外壳镀前烘烤工艺段采用的300℃的温度下氮气气氛的真空钎焊炉中烘烤，需要维持炉腔的压力在100kpa-103kpa之间，频繁的充放气操作对设备的自动化控制要求较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种控制腔体内部氢含量的封装外壳制造方法，有效地控制封装腔体内部氢含量，且除氢设备要求单一、简单。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

s1、对可伐合金材料利用机械加工成可伐壳体；

s2、对可伐壳体进行第一次真空烘烤；

s3、将真空烘烤过的可伐壳体与馈通组件进行钎焊成可伐烧结件；

s4、将可伐烧结件进行第二次真空烘烤；

s5、将真空烘烤过的可伐烧结件进行镀镍处理；

s6、将镀镍处理过的可伐烧结件进行第三次真空烘烤；

s7、将真空烘烤过的镀镍可伐烧结件进行镀金处理，成为可伐封装外壳。

进一步方案，所述s2中的真空烘烤工艺是以10-20℃/min升温速率从室温升温至800℃-1000℃，保温8-10h后随炉冷却至50℃以下后取出可伐壳体。

进一步方案，所述s2、s4和s6中的真空退火炉腔体的真空度范围为0-10^-1pa。

进一步方案，所述s4和s6中真空烘烤的工艺是以10-20℃/min升温速率从室温升温至250℃，再保温48h后随炉冷却至50℃以下后取出可伐壳体。

进一步方案，所述s3中钎焊是在氮气与氢气的混合气氛保护下进行，钎焊温度在790-820℃之间，混合气氛中氢气的比例为5-20％。

进一步方案，所述s5中镍层厚度范围值为1.3-8.9μm。

进一步方案，所述s7中金层厚度范围值为1.3-5.7μm。

该控制腔体内部氢含量的封装外壳制造方法，在可伐壳体组装件过程中采用真空烘烤，采用单一简单的真空退火炉进行三次真空烘烤，进行除氢，可以保证可伐外壳腔体内部的氢含量控制在500ppm以内，同时除氢工艺简单，成本低。

附图说明

图1为本发明封装外壳的制造方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明以一种可伐外壳为30mm×20mm×8mm，壳体壁厚度1.5mm，壳体侧面引出两个馈通组件为例，其中馈通组件是引针和玻璃的组合体，引针用于封装外壳的内外电信号的传输，玻璃用于对引针与可伐壳体的绝缘。

(1)对可伐合金材料通过机械加工成型的可伐壳体放置于真空退火炉中，将真空退火炉腔体内抽真空至10^-1pa以下后，控制真空退火炉腔以15℃/min升温速率从室温升温至900℃，对可伐壳体开始加热，再保温9h后随炉冷却至50℃以下后取出可伐壳体；

(2)将真空烘烤过的可伐壳体与馈通组件在氮气与氢气的混合气氛保护下进行钎焊成烧结件，钎焊温度控制在800℃之间，其中氮氢混合器中氢气的比例为10％；

(3)将可伐烧结件放置于真空退火炉中，将真空退火炉腔体内抽真空至10^-1pa以下后，控制真空退火炉腔以15℃/min升温速率从室温升温至250℃，对可伐壳体开始加热，再保温48h后随炉冷却至50℃以下后取出可伐壳体；

(4)将真空烘烤过的可伐烧结件进一步进行镀镍处理，控制镍层厚度在3.0μm，镍层厚度是按照gjb2440a-2006《混合集成电路外壳通用规范》中要求的镍层厚度；

(5)将镀镍处理过的可伐烧结件放置于真空退火炉中，将真空退火炉腔体内抽真空至10^-1pa以下后，控制真空退火炉腔以15℃/min升温速率从室温升温至250℃，对可伐壳体开始加热，再保温48h后随炉冷却至50℃以下后取出镀镍处理过的可伐烧结件；

(6)将真空烘烤过的镀镍可伐烧结件进一步进行镀金处理，金层厚度在2.0μm，成为可伐封装外壳，其中金层厚度是按照gjb2440a-2006《混合集成电路外壳通用规范》中要求的金层厚度。

在对可伐壳体进行烘烤、镀镍处理之前以及之后均进行真空烘烤，且保证真空度在10^-1pa以下；在对已机械加工成型的可伐壳体放置于真空退火炉中进行真空烘烤时，控制真空退火炉腔以10℃-20℃/min升温速率从室温升温至800℃-1000℃，再保温8-10h后随炉冷却至50℃以下后取出可伐壳体；对可伐烧结件放置于真空退火炉以及可伐烧结件在镀镍后镀金前进行真空烘烤处理中，以10℃-20℃/min升温速率从室温升温至250℃，再保温48h后随炉冷却至50℃以下后取出可伐壳体。三次真空烘烤中，第一次真空烘烤以10℃-20℃/min升温速率从室温升温至800℃-1000℃，再保温8-10h后随炉冷却至50℃以下，第二次真空烘烤和第三次真空烘烤均以10℃-20℃/min升温速率从室温升温至250℃，再保温48h后随炉冷却至50℃以下，是众多实验后得出的能够除氢的最佳参数。由于可伐壳体在真空高温环境下，其壳体内部与环境中氢存在很大的浓度差，可伐壳体内部氢开始向材料表面扩散并从表面脱附，可伐壳体存在明显的释氢行为，根据扩散理论可知，在真空烘烤时氢的扩散与温度、时间有关，温度越高、时间越长，扩散距离越远，长时间的高温真空烘烤能够使氢原子扩散到基体表面，进而在真空烘烤的环境下与可伐基体脱离，从而能够有效地控制可伐外壳腔体内部的氢含量在500ppm以内，同时封装外壳的制造方法简单，对使用的设备自动化要求不高，使得整个封装外壳的制造工艺简单、成本低。

本发明和常规工艺效果对比：

表一：本发明方法与一种常规镀后烘烤250℃、48h烘烤方法所制造的可伐外壳内部氢含量检测结果对比。

上表1-3为本发明方法生产的外壳密封后的直接检测结果；4-6为本发明方法生产的外壳密封后，再高温储存250℃、48h后的气氛测试结果；7-9为常规方法进行250℃、48h烘烤后直接测试的结果；10-12为常规方法进行250℃、48h烘烤后进行密封，再高温储存250℃、48h后的气氛测试结果。从表一实验数据对比中，可看出本发明的方法对氢含量控制效果大大强于对比方法，采用本发明方法可使得腔体内部氢含量的控制效果达到了目标。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。