一种用于封装电子元器件的金属外壳的加工方法与流程

本发明涉及封装外壳技术领域，具体涉及一种用于封装电子元器件的金属外壳的加工方法。

背景技术：

随着电子技术地快速发展，电子设备更新换代加速，产品集成程度越来越高，导致电子元器件功率密度增加，工作产生的热量上升，导致器件性能及寿命受到极大影响，为了使元器件工作稳定，降低器件工作温度就极为重要。

由于大功率管壳通常需要局部散热，因此在需要散热的区域采用高导热材料作为热沉衬底，保证散热能力，现有技术中，w/cu、mo/cu、sic/al等材料的热膨胀虽与半导体匹配，但其热导率却低于300w/m*k,无法满足高导热要求。

将散热材料应用于电子封装外壳的衬底材料时，存在与底盘钎焊定位难题，由于定位模具、底盘及热沉衬底三者累积公差的存在，会导致热沉衬底凸出或凹入底盘外底面，平面度无法达到要求，不仅影响整个管壳安装定位，还会导致热沉衬底与外部散热模块之间存在间隙，影响散热能力。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于封装电子元器件的金属外壳的加工方法，使用金刚石铜覆铜材料作为散热材料，以满足大功率管壳散热要求，使用该加工方法可以保证金属外壳的外底面平面度，提高了电子元器件封装外壳的散热性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于封装电子元器件的金属外壳的加工方法，所述金属外壳包括外壳本体以及外壳本体的底盘上嵌入的金刚石铜热沉板，所述电子元器件安装在金刚石铜热沉板上，所述金属外壳的加工包括以下步骤：

1）对外壳本体进行加工，使底盘形成嵌入金刚石铜热沉板的通孔；

2）使金属外壳具有底盘的一面朝上放置，使金刚石铜热沉板下表面与底盘下表面平齐，且金刚石铜热沉板上部的部分金属层向上突出通孔，形成高于底盘上表面的待加工部；

3）将焊料放入金刚石铜热沉板与底盘的连接处，并高温烧结，使金刚石铜热沉板与底盘形成整体；

4）去除金刚石铜热沉板的待加工部，形成与底盘上表面平齐的加工面。

进一步地，去除金刚石铜热沉板的待加工部时，使用铣加工方式进行去除。

进一步地，通过在金刚石铜表面覆铜金属形成所述金刚石铜热沉板，所述金刚石铜热沉板包括位于金刚石铜上部的上铜层、位于金刚石铜下部的下铜层，所述上铜层和下铜层为无氧层。

进一步地，所述金刚石铜为铜金属与金刚石的混合物，所述金刚石的质量占金刚石铜的质量的60%～70%；所述金刚石颗粒的大小为80μm～110μm，且与铜之间均匀分布。

进一步地，所述上铜层和下铜层的厚度为0.25mm～0.30mm，所述金刚石铜的厚度至少为1mm，在金刚石铜热沉板的下表面与底盘下表面平齐时，金刚石铜热沉板上部向上突出通孔的待加工面的厚度为0.1mm～0.2mm。

进一步地，所述金刚石铜热沉板与通孔的孔壁之间留有0.05mm的配合间隙，并将焊料放置在配合间隙处。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

1.使用金刚石铜覆铜金属作为散热材料，以满足大功率管壳散热要求，使用该加工方法可以保证金属外壳的外底面平面度，使金属外壳上的散热材料可以很好的与外部散热模块之间贴合，提高了电子元器件封装外壳的散热性能和美观度。

附图说明

图1为本发明加工方法的流程示意图；

图2为本发明金属外壳的结构示意图；

图3为本发明金刚石铜热沉板的结构示意图；

图4为本发明定位模具对金刚石铜热沉板进行定位时的结构示意图；

图5为本发明定位模具的结构示意图；

图6为本发明加工面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

如图1所示，一种用于封装电子元器件的金属外壳的加工方法，所述金属外壳包括外壳本体10以及外壳本体的底盘11上嵌入的金刚石铜热沉板，所述电子元器件安装在金刚石铜热沉板上，所述金属外壳的加工包括以下步骤：

s1：对外壳本体进行加工，在底盘形成嵌入金刚石铜热沉板的通孔12。

s2：使金属外壳具有底盘的一面朝上放置，使金刚石铜热沉板下表面与底盘11下表面平齐，且金刚石铜热沉板上部的部分金属层向上突出通孔，形成高于底盘上表面的待加工部44。

具体地，通过在金刚石铜表面覆铜金属形成所述金刚石铜热沉板，所述金刚石铜热沉板包括位于金刚石铜上部的上铜层、位于金刚石铜下部的下铜层，所述上铜层和下铜层为无氧层。

具体地，所述金刚石铜为铜金属与金刚石的混合物，所述金刚石的体积占金刚石铜的体积的60%～70%；所述金刚石颗粒的大小为80μm～110μm，且与铜之间均匀分布；金刚石颗粒过大或过小，金刚石的体积分数过大或者过下都对金刚石铜的散热有不良影响。

具体地，所述上铜层和下铜层的厚度为0.25mm～0.30mm，所述金刚石铜的厚度至少为1mm，在金刚石铜热沉板的下表面与底盘下表面平齐时，金刚石铜热沉板上部向上突出通孔的待加工面的厚度为0.1mm～0.2mm；金刚石铜表面覆铜时采用高温高压，保证表面铜层与金刚石铜之间的无缝隙，以提高热传导率；覆铜后使用磨床对金刚石铜热沉板的表面进行打磨，是金刚石铜热沉板的表面粗糙度达到1.6μm，且表面平面度小于等于0.03。

s3：将焊料放入金刚石铜热沉板与底盘的连接处，并高温烧结，使金刚石铜热沉板与底盘形成整体。

具体地，所述金刚石铜热沉板与通孔的孔壁之间留有0.05mm的配合间隙，并将焊料放置在配合间隙处；焊料在高温下熔化，其在配合间隙中的流淌是靠毛细作用，配合间隙越小，毛细作用越强，考虑到加工误差对配合的影响，配合间隙取0.05mm具有最好的焊接效果。

s4：去除金刚石铜热沉板的待加工部，形成与底盘上表面平齐的加工面45；保证所述加工面与底盘上表面的整体平面度小于等于0.02。

具体地，去除金刚石铜热沉板的待加工部时，使用铣加工方式进行去除。

由于大功率管壳通常需要局部散热，因此在需要散热的区域采用高导热材料作为热沉衬底，保证散热能力，现有技术中，w/cu、mo/cu、sic/al等材料的热膨胀虽与半导体匹配，但其热导率却低于300w/m*k,无法满足高导热要求。

将散热材料应用于电子封装外壳的衬底材料时，由于定位模具、底盘及热沉衬底三者累积公差的存在，会导致热沉衬底凸出或凹入底盘外底面，底面平面度无法达到要求，若凸出外底面，则会影响整个管壳安装定位，导致热沉衬底与外部散热模块之间存在间隙，影响散热能力。

如图2所示，本实施例中，所述金属外壳为壳体，内部中空，壳体外部形状大致为长方体，所述金属外壳的一侧为底盘11，所述底盘上设置有通孔12，该通孔用于放置金刚石铜热沉板，并通过焊料将金刚石铜热沉板和底盘烧结为一体；所述电子元器件设置在壳体内，并安装在金刚石铜热沉板上。

如图3-5所示，金属外壳远离底盘的一侧为开放式结构，本发明在将金刚石铜热沉板与底盘烧结为一体时，使底盘一侧向上放置，在底盘相对一侧伸入定位模具，定位模具的定位面32为平面，使定位面同时顶紧金刚石铜热沉板的下表面和底盘11的下表面，使金刚石铜热沉板的下表面和底盘下表面共面，且金刚石铜热沉板的上部的部分金属层突出通孔，形成高于底盘上表面的待加工部44。

如图3所示，金刚石铜热沉板通过在金刚石铜表面覆铜金属制成，所述金刚石铜热沉板包括位于金刚石铜42上部的上铜层41、位于金刚石铜下部的下铜层43，所述上铜层和下铜层为无氧层；为了保证待加工部被铣加工去除时不会破坏内部的金刚石铜结构，需要待加工部均为铜金属构成，且为了保证内部金刚石铜表面的平整性，待加工部去除后，金刚石铜上部还需要留有部分铜金属，即上铜层的厚度需要大于待加工部的厚度。

为了实现上述功能结构，需要对金属外壳、定位模具、金刚石铜热沉板的尺寸进行特殊设计。

如图5所示，所述定位模具包括支撑板31以及固设在支撑板上部的定位块33，所述定位块远离支撑板的一端设置有定位面32，为了保证定位时的稳定性，所述支撑板的宽度大于定位块的宽度和金属外壳的宽度，所述定位块的高度为h3，将定位块伸入至金属外壳内进行定位时，所述支撑板宽度较大，无法进入金属壳体，当定位面顶紧底盘下表面时，支撑板上表面距离金属外壳下部端面的距离为h6，考虑到机械加工误差和定位模具的定位稳定性，h6取0.5mm，所述金属壳体内部空间的竖直高度为h2，h2为设计时已知量；为保证定位模具的定位功能，进行尺寸设计时需要满足：h3=h2+h6=h2+0.5mm。

金刚石铜热沉板通过在金刚石铜42表面覆铜金属制成，所述金刚石铜热沉板包括位于金刚石铜上部的上铜层41、位于金刚石铜下部的下铜层43，所述上铜层和下铜层为无氧层；所述金刚石铜热沉板的厚度为h5，底盘11的厚度为h1，考虑到铣加工的加工精度，和金刚石铜表面覆铜金属时的误差，需要金刚石铜热沉板的厚度略大于底盘厚度，以便于后续进行铣加工，本实施例中：h5=h1+（0.1～0.2）mm，其中底盘厚度h1为设计时的已知量；为了保证散热效果，所述金刚石铜的厚度至少为1mm；所述上铜层和下铜层的厚度为h4，为了保证待加工部被铣加工去除时不会破坏内部的金刚石铜结构，需要待加工部均为铜金属构成，且为了保证内部金刚石铜表面的平整性，待加工部去除后，金刚石铜上部还需要留有部分铜金属，即上铜层的厚度需要大于待加工部的厚度，本实施例中h4的取值为0.25mm～0.30mm。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。