专利名称：大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法
技术领域：
本发明涉及大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法。
背景技术：
集成电路广泛应用于航空、通 信、电子、海运等领域，主要用于陆军、海军、武警等军种的各种武器装备和电子装备、仪器仪表的控制系统中，是新型装备的的关键器件之一。外壳是集成电路、混合集成电路的关键件，其质量和性能将直接影响混合集成电路产品质量和性能。该外壳的功能是将集成电路、模块等连接、集成、密封在外壳内，既传输信号又保护里面的电路、使模块等不受外界恶劣环境的影响。由于大规模、大功率集成电路的封装外壳尺寸很大，要满足高耐电压、高绝缘、耐盐雾和良好的可焊性等各项性能的要求，研制和加工较困难，使其使用受到了限制。大规模、大功率集成电路外壳的应用将为我国武器装备配套提供保障。外壳的结构设计主要从三个方面考虑，一是器件产品的封装合理性；二是产品的结构能满足承受各种环境条件的要求；三是加工的工艺性优良，适合于规模生产。随着国内外新型集成电路器件和先进封装技术的发展，对大规模、大功率集成电路外壳的要求也越来越高。可以说，外壳的性能指标决定了集成电路的主要技术性能。而且随着集成器件的的不断发展，对这种的大规模、大功率集成电路外壳的耐环境适应性能越来越苛刻，气密性、可靠性和电性能要求越来越高。现有的小规模、小功率的集成电路外壳的加工工艺为将金属板冲压成形形成设有若干可安置玻璃坯的通孔的底板；通过线切割、磨端面、退火氧化制得需要的引线脚；将设有安置引线脚的通孔的玻璃生坯进行玻璃化制得玻璃坯；将底板、引线脚、玻璃坯装配成底座，底座烧结退火。装配时，将在冲床上引伸成形的外罩与底座焊接即可。将上述小规模、小功率的集成电路外壳的加工工艺应用在大规模、大功率集成电路外壳的加工上时，会出现以下问题I、因为大规模、大功率集成电路外壳尺寸较大，底板的尺寸约为长80mmX宽70mm，腔体容积达到约70cm3，引线数为40— 50个，如果利用冲压技术制作底板，则制出的底板比较毛糙、不平整，精度不能够满足要求，如外形尺寸、底板周边的台阶、安置玻璃坯的通孔、光洁度、各边倒角等往往都达不到要求，导致产品最终的气密性不容易达到要求，而且，由于每一件底板在冲压成形后的外形、平整度都不能保持一致，使得后续工艺变得困难，达不到工业化生产的要求。2、现有的底座烧结退火为升温到1000°C维持一段时间后进行直接退火，该工艺不能完全满足大规模、大功率集成电路外壳的底座的加工，不能完全满足对产品的环境适应性能的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，利用该加工方法加工出的外壳具有高耐电压、高绝缘、耐盐雾和良好的可焊性。为解决上述技术问题，本发明提供了大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，所述外壳包括底座、夕卜罩，底座由底板、若干玻璃还、若干引线脚组成，底板上设有若干用来安置引线脚及玻璃坯的第一通孔，引线脚通过玻璃坯置于底板上的第一通孔中；所述底座的加工方法包括以下工艺步骤
(1)、利用机加工将金属板加工成有若干用来安置引线脚及玻璃坯的第一通孔的底板，然后对其表面进行喷砂，再进行退火、氧化；
(2)、将切割好的若干引线脚的切割断面磨削，然后进行退火、氧化；
(3)、利用模具制出若干带有第二通孔的玻璃生坯，进行排蜡、玻璃化后，得到玻璃坯；
(4)、利用石墨舟将步骤(2)切割、处理好的引线脚置于步骤(3)制得的玻璃坯的第二通孔中，然后再将玻璃坯置于步骤(I)制得的底板上的第一通孔中定位；
(5 )、将步骤(4)石墨舟中安置好的引线脚、玻璃坯、底板烧结成型，制得底座； (6 )、将步骤(5 )制得的底座进行酸洗、电镀；
所述外罩的加工方法为在冲床上将金属板引伸成型，然后切割端面到要求的高度尺寸，再磨平端面，然后进行高温退火，再经电镀即可。为能简洁说明问题起见，以下对本发明所述大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法均简称为本加工方法。作为本加工方法的优化，步骤(I)所述的金属板加工采用在加工中心LMC-1000上进行机加工。由于底板采用机加工，可以完成将毛坯板料到底板的完工。机加工可以很好地满足对底板的外形尺寸、周边用来与外罩配合的台阶、用来安置引线脚及玻璃坯的第一通孔、光洁度、各边倒角等的特殊要求，使得后续工艺变得容易进行，满足工业化生产的要求。实际应用过程中，在所述用于封装大规模、大功率集成电路的外壳的底座上安装好需要的芯片模块、电阻、电容等元器件后，将外罩与底座焊接。由于每一件底板在机加工后都能保证其外形及平整度符合要求，具有良好的可焊性，外罩与底座焊接后的气密性好。作为本加工方法的进一步优化，步骤(I)所述的喷砂的砂粒目数为100，砂粒压力为 5MPa。喷砂可以使底板表面均匀一致。步骤(I)所述的退火、氧化在链式炉上一次完成，退火温度900°C，氧化温度600 650°C，时间2. 5小时。步骤(2)所述的退火、氧化在链式炉上一次完成，退火温度90(TC，氧化温度600 650°C，时间2. 5小时。所述退火的作用释放应力、晶粒细化、表面清洁；氧化的作用形成过渡层，增加与玻璃坯的浸润性，提高密封性能。步骤(3)所述的排蜡、玻璃化在链式炉中进行，温度为650°C，时间为6小时。步骤(5)所述的烧结过程中利用氮气为保护气、在链式烧结炉内进行，烧结步骤为先以小于50°C /分钟的速度升温，当温度达到930 1010°C时保持15 20分钟，然后以50 100°C /分钟的速度降温至50(T550°C保持10分钟，再以小于50°C /分钟的速度降
温到室温。所述烧结的工艺曲线见附图1，其中
升温段的升温速度小于50°C /分钟，在该阶段使玻璃达到熔点；Tl为930 1010°C，时间15 20分钟，使玻璃与金属底板以及引线脚能够烧结在一
起;
第一段降温速度为50 100°C /分钟，可以尽快降温；
T2段温度为50(T550°C，保温10分钟，T2段的主要作用是消除烧结后的玻璃的内部应力，提高烧结产品的环境适应性能；
T2段完成后，再以小于50°C /分钟的速度降到室温。所述的增加了去应力退火T2段的烧结工艺，很好地保证了底座的耐环境性能，具有高耐电压、高绝缘、耐盐雾的特性。所述外罩的高温退火在真空退火炉内完成，退火温度为900 1010°C ;所述外罩电镀采用脉冲电镀3 μ m的镍层。
所述底板采用可伐合金板料4J29 ;所述引线采用可伐合金板料4J29 ;所述外罩采用冷轧低碳钢或可伐合金材料4J29。底板、引线采用低膨胀系数的可伐合金材料4J29，外罩采用SPCC或可伐合金材料4J29，玻璃坯采用与可伐合金材料膨胀系数匹配的高温熔封玻璃DM305或等同物。底板、弓丨线采用氮气保护与玻璃坯高温烧结在一起，形成密封组件底座，保证引线与底板的绝缘、介质耐电压等性能指标和整个产品的气密性。综上所述，利用本加工方法加工出的用于封装大规模、大功率集成电路的外壳气密性好，具有高耐电压、高绝缘、耐盐雾和良好的可焊性。
图I :烧结的工艺曲线。图2:底座的侧视图。图3:底座的俯视图。图4:外罩的仰视图。图5 :图4的A— A剖视图。
具体实施例方式以下通过给出的实施例可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。实施例一
大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，参见图2—图5，所述外壳包括底座、外罩1，底座由底板2、四十五个玻璃坯3、四十五个引线脚4组成，底板2上设有四十五个用来安置引线脚4及玻璃坯3的第一通孔21，引线脚4通过玻璃坯3置于底板2上的第一通孔21中；
所述底座的加工方法包括以下工艺步骤
(I)、利用加工中心LMC-1000将可伐合金板料4J29加工成有四十五个用来安置引线脚4及玻璃坯3的第一通孔21的长方形底板2，底板2周边设有安置外罩I的台阶22，机加工完成后，对底板2表面进行喷砂，再进行退火、氧化；所述退火、氧化在链式炉上一次完成，退火温度900°C，氧化温度600 650°C，时间2. 5小时；喷砂的砂粒目数为100，砂粒压力为5MPa。(2)、将切割好的可伐合金板料4J29制成的四十五个引线脚4的切割断面磨削，然后进行退火、氧化；所述退火、氧化在链式炉上一次完成，退火温度90(TC，氧化温度600 650°C，时间2. 5小时。(3)、利用模具制出四十五个带有第二通孔31的玻璃生坯，在链式炉中进行排蜡、玻璃化，温度为650°C，时间为6小时，得到玻璃坯3 ；
(4)、利用石墨舟将步骤(2)切割、处理好的引线脚4置于步骤(3)制得的玻璃坯3的第二通孔31中，然后再将玻璃坯3置于步骤(I)制得的底板2上的第一通孔21中定位；
(5)、将步骤(4)石墨舟中安置好的引线脚4、玻璃坯3、底板2烧结成型，制得底座；所 述的烧结过程中利用氮气为保护气、在链式烧结炉内进行，烧结步骤为先以小于50°C /分钟的速度升温，当温度达到930 1010°C时保持15 20分钟，然后以50 100°C /分钟的速度降温至50(T550°C保持10分钟，再以小于50°C /分钟的速度降温到室温。(6)、将步骤(5)制得的底座进行酸洗、电镀；
所述外罩I的加工方法为在冲床上将可伐合金材料4J29引伸成型，然后切割端面到要求的高度尺寸，再磨平端面，然后进行高温退火，外罩I的高温退火在真空退火炉内完成，退火温度为900 1010°C ;再经脉冲电镀3 μ m的镍层即可制得外罩I。当所述用于封装大规模、大功率集成电路的外壳的底座上安装好需要的芯片模块、电阻、电容等元器件后，将外罩I与底座焊接即可。实施例二
大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，参见图2—图5，所述外壳包括底座、外罩1，底座由底板2、四十五个玻璃坯3、四十五个引线脚4组成，底板2上设有四十五个用来安置引线脚4及玻璃坯3的第一通孔21，引线脚4通过玻璃坯3置于底板2上的第一通孔21中；
所述底座的加工方法包括以下工艺步骤
(I)、利用加工中心LMC-1000将可伐合金板料4J29加工成有四十五个用来安置引线脚4及玻璃坯3的第一通孔21的长方形底板2，底板2周边设有安置外罩I的台阶22，机加工完成后，对底板2表面进行喷砂，再进行退火、氧化；所述退火、氧化在链式炉上一次完成，退火温度900°C，氧化温度600 650°C，时间2. 5小时；喷砂的砂粒目数为100，砂粒压力为5MPa。(2)、将切割好的可伐合金板料4J29制成的四十五个引线脚4的切割断面磨削，然后进行退火、氧化；所述退火、氧化在链式炉上一次完成，退火温度90(TC，氧化温度600 650°C，时间2. 5小时。(3)、利用模具制出四十五个带有第二通孔31的玻璃生坯，在链式炉中进行排蜡、玻璃化，温度为650°C，时间为6小时，得到玻璃坯3 ；
(4)、利用石墨舟将步骤(2)切割、处理好的引线脚4置于步骤(3)制得的玻璃坯3的第二通孔31中，然后再将玻璃坯3置于步骤(I)制得的底板2上的第一通孔21中定位；
(5)、将步骤(4)石墨舟中安置好的引线脚4、玻璃坯3、底板2烧结成型，制得底座；所述的烧结过程中利用氮气为保护气、在链式烧结炉内进行，烧结步骤为先以小于50°C /分钟的速度升温，当温度达到930 1010°C时保持15 20分钟，然后以50 100°C /分钟的速度降温至50(T550°C保持10分钟，再以小于50°C /分钟的速度降温到室温。(6)、将步骤(5)制得的底座进行酸洗、然后电镀槽中镀3μπι的镍层，再在镍层上电镀金I. 3μ ;
所述外罩I的加工方法为在冲床上将可伐合金材料4J29引伸成型，然后切割端面到要求的高度尺寸，再磨平端面，然后进行高温退火，外罩I的高温退火在真空退火炉内完成，退火温度为900 1010°C ;再经脉冲电镀3 μ m的镍层即可制得外罩I。当所述用于封装大规模、大功率集成电路的外壳的底座上安装好需要的集成电路、模块等元器件后，将外罩I与底座焊接即可。集成电路、模块等固定在金属外壳的底座上，并通过四十五个引线脚4与外部被检测设备连接，完成系统信号的输出、输入、检测控制作用。外罩I与底座焊接在一起，集成电路、模块被密闭在金属外壳内，既起到输出信号、检测控制作用，又保护内部电路不受外界各种恶劣环境的影响。按照上述工艺步骤加工得到的底座能达到如下技术指标
1、泄漏率彡IX 10_9Pa · m3/s ；
2、温度循环次数_65°C +150°C，100次；
3、绝缘电阻彡10000MΩ；
4、引出端与底板的介质耐电压1500V d. c.(湿度彡60%)、引出端与引出端的介质耐电压2500 V d. c.(湿度彡60%)ο以上所述的仅是本发明的两个实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，所述外壳包括底座、外罩，底座由底板、若干玻璃坯、若干引线脚组成，底板上设有若干用来安置引线脚及玻璃坯的第一通孔，引线脚通过玻璃坯置于底板上的第一通孔中； 所述底座的加工方法包括以下工艺步骤 (1)、利用机加工将金属板加工成有若干用来安置引线脚及玻璃坯的第一通孔的底板，然后对其表面进行喷砂，再进行退火、氧化； (2)、将切割好的若干引线脚的切割断面磨削，然后进行退火、氧化； (3)、利用模具制出若干带有第二通孔的玻璃生坯，进行排蜡、玻璃化后，得到玻璃坯； (4)、利用石墨舟将步骤(2)切割、处理好的引线脚置于步骤(3)制得的玻璃坯的第二通孔中，然后再将玻璃坯置于步骤(I)制得的底板上的第一通孔中定位； (5 )、将步骤(4)石墨舟中安置好的引线脚、玻璃坯、底板烧结成型，制得底座； (6)、将步骤(5)制得的底座进行酸洗、电镀； 所述外罩的加工方法为在冲床上将金属板引伸成型，然后切割端面到要求的高度尺寸，再磨平端面，然后进行高温退火，再经电镀即可。
2.根据权利要求I所述的大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，其特征在于步骤(I)所述的金属板加工采用在加工中心LMC-IOOO上进行机加工。
3.根据权利要求I所述的大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，其特征在于步骤(I)所述的喷砂的砂粒目数为100，砂粒压力为5MPa。
4.根据权利要求I所述的大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，其特征在于步骤(I)所述的退火、氧化在链式炉上一次完成，退火温度90(TC，氧化温度600 650°C，时间2. 5小时。
5.根据权利要求I所述的大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，其特征在于步骤(2)所述的退火、氧化在链式炉上一次完成，退火温度90(TC，氧化温度600 650°C，时间2. 5小时。
6.根据权利要求I所述的大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，其特征在于步骤(3)所述的排蜡、玻璃化在链式炉中进行，温度为650°C，时间为6小时。
7.根据权利要求I所述的大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，其特征在于步骤(5)所述的烧结过程中利用氮气为保护气、在链式烧结炉内进行，烧结步骤为先以小于50°C /分钟的速度升温，当温度达到930 1010°C时保持15 20分钟，然后以50 100°C /分钟的速度降温至50(T550°C保持10分钟，再以小于50°C /分钟的速度降温到室温。
8.根据权利要求I所述的大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，其特征在于所述外罩的高温退火在真空退火炉内完成，退火温度为900 1010°C;所述外罩电镀采用脉冲电镀3 μ m的镍层。
9.根据权利要求I所述的大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法，其特征在于所述底板采用可伐合金板料4J29 ;所述引线采用可伐合金板料4J29 ;所述外罩采用冷轧低碳钢或可伐合金材料4J29。
全文摘要
本发明涉及一种大规模、大功率集成电路金属封装外壳的加工方法。所述外壳包括底座、外罩，底座由底板、若干玻璃坯、若干引线脚组成，底板上设有若干用来安置引线脚及玻璃坯的第一通孔，引线脚通过玻璃坯置于底板上的第一通孔中。当底座、外罩加工好后，在底座上安装好需要的集成电路、模块等元器件，将外罩与底座焊接。集成电路、模块等固定在金属外壳的底座上，并通过引线的引出端与外部被检测设备连接，完成系统信号的输出、输入、检测控制作用。外罩与底座焊接在一起，集成电路、模块被密闭在金属外壳内，既起到输出信号、检测控制作用，又保护内部电路不受外界各种恶劣环境的影响。
文档编号H01L21/48GK102832140SQ201210317980
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者杨俊钊, 刘燕, 刘彬, 蒙高安, 江洪涛, 张斌 申请人:中国电子科技集团公司第四十研究所