低应力氧化铝陶瓷金属封接方法技术

本发明专利技术是低应力氧化铝陶瓷金属封接方法，包括如下步骤：1）准备氧化铝陶瓷；2）金属化图形制作；3）热切；4）高温烧结；5）配制中间层镀液；6）镀覆；7）金属引线和焊料片预处理；8）装架钎焊。优点：金属引线洛氏硬度降低到80以下，氧化铝熟瓷钨金属化层上涂覆镍层厚度为0.02μm～5μm，保证了钎焊过程中间层的高阻挡性，封接后氧化铝陶瓷与金属引线处于强度安全的应力状态，结合强度8Kg/cm2以上，所制作的外壳，其氧化铝陶瓷与金属引线封接结合强度、和长期可靠性能够满足数字电路、微波、电力电子、光电器件以及其他多层氧化铝陶瓷外壳的封装需求，工艺简单、需要的生产设备少、可工业化、低成本大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种高可靠高结合强度，乃是针对封装 数字电路、微波、电力电子、光电器件以及其他多层氧化铝陶瓷外壳的制造方法，属于电子 封装

技术介绍
多层陶瓷封装外壳因其结构强度高、化学稳定性好、布线密度高、电热性能以及微 波性能优良，在通信、航空航天、汽车和电子消费品等领域得到了广泛应用。近些年来随大 规模集成电路向高频率、高可靠、多功能、小型化和轻重量化方向发展，越来越多的应用要 求将数字电路、模拟电路、光电等集成到同一器件上，封装电路内部走线密度增大、内外引 脚中心距从1.27mm、0.8mm、0.65mm降低到0.5mm，甚至更小，引脚数从32增加到1152等规格， 封装密度大增。其中作为外壳输入输出端的金属引线在器件电路中起着微波、电传输通道 的作用，它与多层陶瓷的结合强度很大程度决定了器件的可靠性，因此，获得高可靠、高结 合强度、低应力氧化铝陶瓷金属封接是实现数字电路、微波、电力电子、光电器件及其他多 层氧化铝陶瓷封装器件优良信号传输性能的重要保证。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种高可靠高结合强度，乃是针 对封装数字电路、微波、电力电子、光电器件以及其他多层氧化铝陶瓷外壳的制造方法，用 于数字电路、微波、电力电子、光电器件及其他多层氧化铝陶瓷封装器件陶瓷与金属引线的 高可靠、高结合强度、低应力封接。 本专利技术的技术解决方案:，包括如下步骤： 1) 准备氧化铝陶瓷； 2) 金属化图形制作； 3) 热切； 4) 高温烧结； 5) 配制中间层镀液； 6) 镀覆； 7) 金属引线和焊料片预处理； 8) 装架钎焊。 本专利技术的优点：金属引线洛氏硬度降低到80以下，氧化铝熟瓷钨金属化层上涂覆 镍层厚度为〇.〇2μπι~5μπι，保证了钎焊过程中间层的高阻挡性，良好的浸润性和流散性，封 接后氧化铝陶瓷与金属引线处于强度安全的应力状态，结合强度提高到8Kg/cm 2及以上，比 传统方法至少提高30%，可靠性提高20%。按照本专利技术所述工艺路线和方法制作的外壳，其氧 化铝陶瓷与金属引线封接结合强度、和长期可靠性能够满足数字电路、微波、电力电子、光 电器件以及其他多层氧化铝陶瓷外壳的封装需求，具有制备工艺简单、需要的生产设备 少、可工业化、低成本大规模生产等特点。【附图说明】 图1是低应力氧化铝陶瓷金属封接工艺流程图。 图2是金属化氧化铝陶瓷中间层涂覆厚度示意图。 图3是所采用的金属引线洛氏硬度示意图。。 图4是所采用的焊接曲线示意图。 图5是采用本专利技术制备样品的金属引线与氧化铝陶瓷结合强度示意图。【具体实施方式】 如图1所示，，包括如下步骤： 1) 准备氧化铝陶瓷，其氧化铝含量占92~95wt%，采用流延成型的方法加工成0.2~5mm 厚生瓷片； 2) 金属化图形制作，采用丝网掩膜版，通过印刷的方式将能够与氧化铝陶瓷实现共烧 的钼、钼-锰或者钨金属化浆料沉积在瓷片上； 3) 热切，将工作台加热到25°C~65°C，用刀片将含多个组件的瓷片切割成单个，切割成 多个组件的单个瓷片送入高温烧结炉内；； 4) 高温烧结，切割成多个组件的单个瓷片送入高温烧结炉内，高温烧结炉内温度1500 ~1650°C，真空、氢气或者氮气气氛下进行，烧结过程中，在氧化铝陶瓷坯体，钼、钼-锰或者 钨金属化层，以及陶瓷坯体与金属化层之间发生化学或者物理反应，分别形成熔融的玻璃 相，当温度降低至室温后钼、钼-锰或者钨金属化层牢固结合在陶瓷熟坯上； 5) 配制中间层镀液，配方如表1: 表1中间层镀液配方6)镀覆，为了在氧化铝陶瓷钼、钼-锰或者钨金属化层上沉积一层镍， 镀镍的方法，包括如下步骤： ① 用0P清洗金属化瓷件3~5 min; ② 去离子水冲洗1~2min; ③ 浸碱:用碱溶液浸泡，控制pH为9~12，时间为1~8 min，温度50~80°C，取出，用去离 子水超声； ④ 浸酸：用酸溶液浸泡，控制pH为2~4，温度40~90°C，时间1~10 min，取出，去离子水 冲洗； ⑤进入镀镍槽，时间为8~40 min，取出，用去离子水冲净，烘干并测试中间层厚度如 图2; 7) 金属引线和焊料片预处理，其预处理方法，包括如下步骤： ① 用甲苯、丙酮或者无水乙醇浸泡，时间1~10 min，取出烘干； ② 将清洗好的金属引线放入马弗炉，通入保护性气氛氮气，加热到1100~1170°C，保温 30~200 min随炉冷却，测试金属引线洛氏硬度如图3; 8) 装架钎焊，将金属化氧化铝陶瓷、焊料片、金属引线依次装入石墨模中，压上加压塞， 放入氢气气氛并按工艺要求设定升、降温速率的链式钎焊炉的焊接曲线(如图4)装架钎焊， 取出样品测试金属引线与氧化铝陶瓷结合强度如图5。 实施例首先采用流延成型的方法加工成0.6mm厚，氧化铝含量占95wt%的生瓷片；通过印 刷的方式将能与氧化铝陶瓷实现共烧的钨金属化浆料沉积在瓷片上;加热工作台至65°C， 用刀片将含多个组件的瓷片切割成单个;推进高温烧结炉，炉内温度1500~1650°C、氢气气 氛，获得钨金属化氧化铝熟瓷； 其次，按照表2设计配方配制中间层镀液，按照镀覆工艺在氧化铝熟瓷钨金属化层上涂 覆镍层； 表2中间层镍镀液组成然后，按照金属引线和焊料片预处理工艺进行清洗和退火，获得低洛氏硬度的金属引 线； 最后，将金属化氧化铝陶瓷、焊料片、金属引线依次装入石墨模中，压上加压塞，放入氢 气气氛并按工艺要求设定升、降温速率的链式钎焊炉。【主权项】1. ，其特征是包括如下步骤： 1) 准备氧化铝陶瓷； 2) 金属化图形制作； 3) 热切； 4) 高温烧结； 5) 配制中间层镀液； 6) 镀覆； 7) 金属引线和焊料片预处理； 8) 装架钎焊。2. 根据权利要求1所述的，其特征是所述的步骤1)准 备氧化铝陶瓷，其氧化铝含量占92~95wt%，采用流延成型的方法加工成0.2~5mm厚生瓷 片。3. 根据权利要求1所述的，其特征是所述的步骤2)金 属化图形制作，采用丝网掩膜版，通过印刷的方式将能够与氧化铝陶瓷实现共烧的钼、钼_ 锰或者钨金属化浆料沉积在瓷片上。4. 根据权利要求1所述的，其特征是所述的步骤3)热 切，将工作台加热到25°C~65°C，用刀片将含多个组件的瓷片切割成单个，切割成多个组件 的单个瓷片送入高温烧结炉内。5. 根据权利要求1所述的，其特征是所述的步骤4)高 温烧结，切割成多个组件的单个瓷片送入高温烧结炉内，高温烧结炉内温度1500~1650°C， 真空、氢气或者氮气气氛下进行，烧结过程中，在氧化铝陶瓷坯体，钼、钼-锰或者钨金属化 层，以及陶瓷坯体与金属化层之间发生化学或者物理反应，分别形成熔融的玻璃相，当温度 降低至室温后钼、钼-锰或者钨金属化层牢固结合在陶瓷熟坯上。6. 根据权利要求1所述的，其特征是所述的步骤5)配 制中间层镀液，其成分配比：〇7. 根据权利要求1所述的，其特征是所述的步骤6)镀 覆，镀镍的方法，包括如下步骤： ① 用OP清洗金属化瓷件3~5 min; ② 去离子水冲洗1~2min; ③ 浸碱：用碱溶液浸泡，控制pH为9~12，时间为1~8 min，温度50~80°C，取出，用去离 子水超声； ④ 浸酸：用酸溶液浸泡，控制pH为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
低应力氧化铝陶瓷金属封接方法，其特征是包括如下步骤：1）准备氧化铝陶瓷；2）金属化图形制作；3）热切；4）高温烧结；5）配制中间层镀液；6）镀覆；7）金属引线和焊料片预处理；8）装架钎焊。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞学满，陈宇宁，唐利锋，陈寰贝，许丽清，钟明全，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32