一种蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及电子元器件技术领域，且公开了一种蓝宝石绝缘子金属外壳，包括框体和盖板，所述框体的底部固定安装有底板，所述底板的顶部固定安装有位于框体内部的载体，所述框体的顶部固定安装有环框，所述框体的右侧固定安装有连接环，所述连接环的内部固定安装有引线。该蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺，通过对现有技术中半导体集成电路封装外壳的材质，结构与连接工艺等，达到了提高半导体集成电路封装外壳的使用性能的目的，解决了目前半导体集成电路封装外壳在使用时，封装外壳结构之间的连接性能一般，源于封焊工艺不够完善，选取的绝缘介质不能够承受超高耐电压，降低使用性能的问题。

A kind of sapphire insulator metal shell and its production process

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺
本专利技术涉及电子元器件
，具体为一种蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺。
技术介绍
随着电子元器件薄型化，小型化的不断推进，半导体集成电路要求封装具有更优电性能，更高功率密度，更高可靠性，更轻的重量，这对作为封装重要元器件的外壳提出了挑战，因此钨铜/钼铜等高导热材料在封装领域运用越来越广泛，陶瓷/蓝宝石等材料逐步替代玻璃，塑料成为一种趋势。目前半导体集成电路封装外壳在使用时，封装外壳结构之间的连接性能一般，源于封焊工艺不够完善，选取的绝缘介质不能够承受超高耐电压，降低使用性能，存在较大的改进空间，故而提出一种蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺解决上述所提出的问题。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺，具备提高半导体集成电路封装外壳的使用性能等优点，解决了目前半导体集成电路封装外壳在使用时，封装外壳结构之间的连接性能一般，源于封焊工艺不够完善，选取的绝缘介质不能够承受超高耐电压，降低使用性能的问题。(二)技术方案为实现上述提高半导体集成电路封装外壳的使用性能的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种蓝宝石绝缘子金属外壳，包括框体和盖板，所述框体的底部固定安装有底板，所述底板的顶部固定安装有位于框体内部的载体，所述框体的顶部固定安装有环框，所述框体的右侧固定安装有连接环，所述连接环的内部固定安装有引线。优选的，所述框体为氧化锆陶瓷，且底板的内部开设有位于框体左侧的圆槽。优选的，所述底板为钨铜，底板的顶部开设有凹槽，且载体的底部位于凹槽内，载体为钼铜。优选的，所述盖板的面积大于环框的面积，且盖板为膨胀合金。优选的，所述环框为4J50合金，引线为4J50(Cu)，连接环为蓝宝石，连接环的数量为三个，且引线的数量与连接环的数量相同。一种蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)选材；框体选用氧化锆陶瓷，Al2O3添加剂质量分数10％的氧化锆陶瓷，底板选用需要根据适用的需求，底板选用膨胀系数为5.5-8.8(10-6/K)，盖板选用4J42，环框为4J50合金，载体选用热膨胀系数为6.8-11.5(10-6/K)，热导率从160-270W/(M.K)的钼铜，引线为4J50包铜，连接环为蓝宝石。2)连接环的焊接可分为两种方法，方法一为钎焊；方法二为扩散焊接以及陶瓷与金属封接技术。3)检验；材料绝缘性能检验、耐电压性能检验、产品强度检验和外观密封检验。(三)有益效果与现有技术相比，本专利技术提供了一种蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺，具备以下有益效果：1、该蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺，通过框体由氧化锆陶瓷金属化后与底板和环框钎焊成型，其中腔内底板通过载体与内部电路进行焊接连接，实现电路底部散热，氧化锆陶瓷侧墙再通过金属化后的连接环与引线钎焊连接，实现内外电信号导通和引线-外壳以及引线-引线之间的电绝缘，最后再封盖盖板，形成密闭的腔体，对内部电路起到保护以及支撑作用，连接环为蓝宝石俗称刚玉，主要成分是Al2O3，是一种常见的简单配位型氧化物晶体，自然界中的蓝宝石由于含有一些杂质离子而呈现出不同的颜色，比如含有钛离子(Ti3+)与铁离子(Fe3+)的蓝宝石会呈现蓝色，含有铬离子(Cr3+)时会呈现出红色，而当含有镍离子(Ni3+)时，又会使晶体呈现黄色，单纯的氧化铝晶体是呈无色透明的，因为其具有独特的晶体结构、优异的机械性能、光学性能和化学稳定性，可应用于2000℃的高温环境下，所以被广泛应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料和半导体，大规模集成电路的衬底材料，通过比较不同掺杂蓝宝石的电性能以及力学性能，最终确定最优蓝宝石材料用于封接，蓝宝石(α-Al2O3单晶)强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀、耐摩性好和电阻率高，且具有良好的热传导性和电气绝缘性，以及良好的透光性等，框体为氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯曲强度和高耐磨性，优异的隔热性能和耐高温性能，热热膨胀系数接近于钢等特点，而纳米氧化锆陶瓷可极大地提高断裂韧性和抗弯强度，在电子陶瓷中多作为支承垫板等，Al2O3添加剂的含量对氧化锆陶瓷的热震性有较大的影响，添加质量分数10％的Al2O3时，其抗热震性最好，底板为钨铜作为电子封装和热沉材料，既具有钨的低膨胀特性，又具有铜的高导热特性，同时又与硅片、砷化镓及陶瓷材料相匹配的热膨胀系数，适用于大功率器件封装材料、热沉材料、散热元件、陶瓷以及砷化镓基座等，在选择时需要根据适用的需求，选择不同的牌号，随着铜含量的增加，其热导率将大幅提高，膨胀系数也会从5.5上升8.8(10-6/K)，载体为钼铜是替代铜和钨铜的材料，其组织细密、断弧性好和导电导热好，热膨胀小，随着铜含量的增加，比重会减小，而热导率和热膨胀会增加，耐热性不及钨铜，含铜量低的钼铜，若熔渗后的致密度偏低，则会影响气密性、导电性和导热性，适用于制造军用大功率微电子器件作为热沉封结材料与三氧化二铝陶瓷封结，其热膨胀从6.8到11.5(10-6/K)，热导率从160到270W/(M.K)，环框为4J50合金具有良好的焊接性能，可钎焊和点焊，是常见的定膨胀系数合金，与氧化锆陶瓷膨胀系数接近，可实现可靠钎焊，同时作为平行封焊的过渡金属，可以实现陶瓷与盖板金属之间的无法导通的问题，引线为4J50包铜材质是在4J50基础上加入无氧铜芯，由于铜具有良好的导电性，可以有效降低电阻，减少损耗，是较好的引线材料选择，盖板为4J42是金属外壳常用的定膨胀薄板材料，与4J50具有相近的膨胀系数，适合常见的平行封焊工艺，合理的选取材质，不仅能够提升其使用性能，同时可有效的提高接连结构之间的稳定性，从而达到了提高半导体集成电路封装外壳的使用性能的目的。2、该蓝宝石绝缘子金属外壳及其生产工艺，通过焊接包括钎焊和扩散焊接，钎焊焊接的关键是改善其与钎料的润湿性，普遍采用的方法是金属化，即在表面涂一层具有导电率高和结合牢固的金属薄膜如镍等，从而实现与钎料的润湿，主要有化学镀法、电镀法、高温烧结法、活性金属粉末法和气相沉积法等，然而，与95％A1203瓷和99.5％Al2O3瓷相比，蓝宝石不含玻璃相和气相，不存在晶界，在金属化时，玻璃相无法进行有效的迁移，从而金属化要困难得多，传统的理论无法有效解释金属化的机理，蓝宝石的扩散焊不需要使用焊料、电极、助焊剂和保护气体，也不需要后续的机械加工，采用中间层的扩散焊具有降低连续区域的化学不均性，缓解残余应力，消除焊接材料线膨胀的差异，防止塑性变形，降低焊接温度、压力和持续时间，扩散焊，分不添加中间层和添加中间层两种方法，前者的优点在于不存在中间层与母材热膨胀系数相差过大而在冷却过程中产生大的残余应力的问题，且焊接强度高，此还有较多的技术需要研究，添加中间层可以提供瞬时液相或者部分瞬时液相从而促进初始物质的润湿和扩散，可以降低温度压力和连接时间，防止塑性变形，缓解残余应力，降低结合层的不均匀性，传统的中间层系统存在因其中间层形成的连接相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓝宝石绝缘子金属外壳，包括框体(1)和盖板(3)，其特征在于：所述框体(1)的底部固定安装有底板(2)，所述底板(2)的顶部固定安装有位于框体(1)内部的载体(5)，所述框体(1)的顶部固定安装有环框(4)，所述框体(1)的右侧固定安装有连接环(7)，所述连接环(7)的内部固定安装有引线(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石绝缘子金属外壳，包括框体(1)和盖板(3)，其特征在于：所述框体(1)的底部固定安装有底板(2)，所述底板(2)的顶部固定安装有位于框体(1)内部的载体(5)，所述框体(1)的顶部固定安装有环框(4)，所述框体(1)的右侧固定安装有连接环(7)，所述连接环(7)的内部固定安装有引线(6)。


2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石绝缘子金属外壳，其特征在于：所述框体(1)为氧化锆陶瓷，且底板(2)的内部开设有位于框体(1)左侧的圆槽。


3.根据权利要求1所述的一种蓝宝石绝缘子金属外壳，其特征在于：所述底板(2)为钨铜，底板(2)的顶部开设有凹槽，且载体(5)的底部位于凹槽内，载体(5)为钼铜。


4.根据权利要求1所述的一种蓝宝石绝缘子金属外壳，其特征在于：所述盖板(3)的面积大于环框(4)的面积，且盖板(3)为膨胀合金。


5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱华国，陈鹏，
申请(专利权)人：泰州联鑫电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32