金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构及密封方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构，其包括金属外壳基体，所述金属外壳基体上设有引线孔，引线孔内连接有引线，在引线与金属外壳基体之间的缝隙内设有封接玻璃形成玻璃封接区，在玻璃封接区的一侧面或两侧面上围绕所述引线设有陶瓷支撑。本发明还公开了该密封结构的密封方法。本发明通过将陶瓷绝缘材料加入金属-玻璃封接结构中，实现了耐高压性能的提升。本发明在常规的玻璃熔封区域外侧增加了陶瓷支撑，使陶瓷与玻璃可以形成可靠的封接。氧化铝陶瓷支撑，不仅可以增大绝缘距离，而且辅助了玻璃的定位，以及防止玻璃流淌，同时避免了和石墨模具直接接触带来的沾石墨问题，提高了外壳的绝缘性能。
【专利说明】金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构及密封方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及电子元器件模块的气密封装外壳领域，是一种金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构。
【背景技术】
[0003]在气密电子封装金属外壳设计规范中，一般通过增大绝缘距离设计来提升耐高压性能。但是综合考虑引线间距要求，不可能无限制地增大绝缘距离。同时，需要综合考虑密封的可靠性要求，以及封接孔径与玻璃厚度都存在设计极限。传统的金属-玻璃封装结构，在一定程度上可以满足耐高压要求。但是由于玻璃壁厚有限，常规的金属-玻璃封装结构能够实现的耐压值也是有限的。
【发明内容】
[0004]本发明通过将陶瓷绝缘材料加入金属-玻璃封接结构中，得到一种金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构，从而实现了耐高压性能的提升。
[0005]本发明的金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构，包括金属外壳基体，所述金属外壳基体上设有引线孔，引线孔内连接有引线，在所述引线与金属外壳基体之间的缝隙内设有封接玻璃形成玻璃封接区，在所述玻璃封接区的一侧面或两侧面上围绕所述引线设有陶瓷支撑。
[0006]所述陶瓷支撑的宽度小于引线孔直径。
[0007]所述陶瓷支撑可以为圆形、方形、矩型、多边形、星形等规则或不规则的形状。优选为规则的圆形。
[0008]所述引线孔直径l_3mm，引线直径0.4-0.6mm,陶瓷支撑厚度0.3-0.8mm。陶瓷支撑可以为氧化铝，氧化锆或者氮化铝。
[0009]本发明的金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构的密封方法，包括如下步骤:
(1)将金属外壳基体、引线在链式气氛炉中并氮气气氛保护下，加入水汽，于800-850摄氏度预氧化处理；
(2)将预氧化的金属外壳基体、预氧化的引线、玻珠和陶瓷通过石墨模具组装成一体，传送至900-940摄氏度的高温链式气氛炉中进行烧结互融形成气密封接体系；
(3)酸洗去除金属外壳基体和引线的氧化层；
为保证更好的引脚与壳体的绝缘距离可在链式气氛炉中并氢气气氛保护下，不加入水汽，于800-820摄氏度钎焊陶瓷垫脚；最后可按客户要求对壳体及引线进行镀覆处理，如引线镀金、壳体镀镍等方式。
[0010]本发明中陶瓷绝缘材料的嵌入，改善了绝缘介质表面状态，减少了玻璃表面直接接触导电介质的可能性；同时，减少了玻璃漏洞出现的可能性，因相同引线直径前提下，玻璃外径增加会提升耐高压性能，但是，同时，玻璃金属封接工艺的难度会增加，外径增大，出现玻璃漏洞的可能性也会增加。
[0011]本发明在常规的玻璃熔封区域外侧增加了陶瓷支撑，陶瓷为氧化物，玻璃也主要是氧化硅、氧化钠等氧化物组成的，在高温下，氧化物之间存在相互间化学反应，因此陶瓷与玻璃可以形成可靠的封接。氧化铝陶瓷支撑，不仅可以增大绝缘距离，而且辅助了玻璃的定位，以及防止玻璃流淌，同时避免了和石墨模具直接接触带来的沾石墨问题，提高了外壳的绝缘性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为隔离放大器封装外壳剖视结构示意图；
图2为图1中A区域放大结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1、图2所示，本发明以一款隔离放大器封装外壳为例，其包括金属外壳基体3，金属外壳基体3上设有引线孔(Φ?=2.00mm)，引线孔内连接有引线1( Φ(1=0.56mm)，在所述引线I与金属外壳基体3之间的缝隙内设有封接玻璃2形成玻璃封接区，在所述玻璃封接区的一侧面或两侧面上围绕所述引线I设有由陶瓷材料制作的陶瓷支撑4。该陶瓷支撑4为规则的圆形，其直径小于引线孔直径。陶瓷支撑厚度0.5mm。陶瓷支撑可以为氧化铝，氧化锆或者氮化铝。
[0014]本发明的金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构的密封制作方法，采用下述步骤:
(I)将金属外壳基体、引线在链式气氛炉中并氮气气氛保护下，加入水汽，于800-850摄氏度预氧化处理；
(2)将预氧化的金属外壳基体、预氧化的引线、玻珠和陶瓷通过石墨模具组装成一体，传送至900-940摄氏度的高温链式气氛炉中进行烧结互融形成气密封接体系；
(3)酸洗去除金属外壳基体和引线的氧化层；
为保证更好的绝缘距离可在链式气氛炉中并氢气气氛保护下，不加入水汽，于800-820摄氏度钎焊陶瓷垫脚5 ;最后可按客户要求对壳体及引线进行镀覆处理，如引线镀金、壳体镀镍等方式。
[0015]本发明的上述实施方式中采用的底盘为一体铣加工式结构，经试验初步论证，该设计发明大大提升了外壳的绝缘耐压性能:初始方案耐压DC1600V;现有方案耐压AC2000-2800V, DC2800-3500V。但是，本发明并不局限于这一种底盘加工方式，而是适用于一体冲制结构或者两体钎焊结构等等多种加工方式。同时，底盘结构设计时，为了满足同时满足内部器件组装的高度要求和器件下一道组装的高度要求，底盘内腔底部可做下陷的沟槽设计，可用于放置电容器。
【权利要求】
1.金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构，包括金属外壳基体，所述金属外壳基体上设有引线孔，引线孔内连接有引线，在所述引线与金属外壳基体之间的缝隙内设有封接玻璃形成玻璃封接区，其特征在于，在所述玻璃封接区的一侧面或两侧面上围绕所述引线设有陶瓷支撑。
2.如权利要求1所述金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构，其特征在于，所述陶瓷支撑的宽度小于引线孔直径。
3.如权利要求1或2所述金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构，其特征在于，所述陶瓷支撑为圆形、方形、矩型、多边形或星形。
4.如权利要求3所述金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构，其特征在于，所述陶瓷支撑为圆形。
5.如权利要求4所述金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构，其特征在于，所述引线孔直径引线直径0.4-0.6mm,陶瓷支撑厚度0.3-0.8mm。
6.权利要求1-5任一项所述金属封接用玻璃-陶瓷复合密封结构的密封方法，包括如下步骤: (1)将金属外壳基体、引线在链式气氛炉中并氮气气氛保护下，加入水汽，于800-850摄氏度预氧化处理； (2)将预氧化的金属外壳基体、预氧化的引线、玻珠和陶瓷通过石墨模具组装成一体，传送至900-940摄氏度的高温链式气氛炉中进行烧结互融形成气密封接体系； (3)酸洗去除金属外壳基体和引线的氧化层。
【文档编号】H01L23/31GK104465539SQ201410782251
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】汪冰, 张崎, 尚玉凤, 黄志刚, 庄永河 申请人:中国电子科技集团公司第四十三研究所