一种金属封装外壳及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种金属封装外壳及其制作方法，包括金属外壳本体，所述金属外壳本体底部平面上阵列式设置有若干通孔，所述通孔内设置有铜柱，所述金属外壳本体内部设置铜柱的底面上设置有LTCC基板电路，所述金属外壳本体的材料为钛合金，所述铜柱的材料为无氧铜，所述通孔为阵列式排布，阵列式排布的通孔所占区域的面积大于LTCC基板电路的面积。本发明专利技术通过采用TC4钛合金外壳本体上阵列式镶嵌高热导率无氧铜材料铜柱的结构使得本发明专利技术的钛合金封装外壳热膨胀系数与内部电路的匹配，可靠性高，且密度低、重量轻、成本低；本发明专利技术的制备方法的钎焊参数设置使得钎焊时铜柱与钛合金金属外壳本体的通孔之间焊缝强度高。壳本体的通孔之间焊缝强度高。壳本体的通孔之间焊缝强度高。

【技术实现步骤摘要】
一种金属封装外壳及其制作方法


[0001]本专利技术涉及大功率高密度T/R组件封装
，具体是一种金属封装外壳及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着T/R组件朝着高密度、大功率方向发展，内部元器件数量、组装密度、芯片功率都大幅度提高，导致电路发热量提高、工作温度上升，而稳定性下降。在T/R组件中，随着温度升高，失效的可能性加大，因此T/R组件对金属封装外壳的散热能力有较高的要求。T/R组件内部组装的电路要求外壳热膨胀系数应与之匹配。另外，应用于航空航天领域的发射/接收组件，对器件重量有严格要求。传统金属外壳很难完全满足以上提出的种种要求。
[0003]在现有技术中，应用于航空航天领域的T/R组件的封装外壳有可伐外壳和铝硅复合材料外壳、钛合金嵌铝碳化硅热沉复合外壳三种。
[0004]传统可伐外壳采用的可伐合金热膨胀系数适中(5.8
×
10
‑6/℃)，价格廉价，但热导率只有17W/(m
·
K)，不能满足现代大功率集成电路的散热要求，且可伐合金的密度偏高(密度为8.2g/cm3)，不能满足航空航天领域其对重量的要求。由于具有密度轻、热导率高的优点，铝硅复合材料外壳近几年应用越来越广泛。但也存在热膨胀系数过大(12
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10
‑6/℃)，与内部LTCC基板电路不匹配等问题(LTCC的热膨胀系数为7.1
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10
‑6/℃)，随着温度的变化由于热膨胀系数差异导致其无法同胀同缩，内部LTCC基板电路时有开裂失效<br/>[0005]近年来，通过在钛合金金属外壳本体中局部镶嵌铝碳化硅热沉板(170W/(m
·
K的热导率)的方式为本专利技术最相近似的实现方案。该一定程度满足了T/R组件的散热要求，同时兼顾了金属外壳低密度轻质的发展方向。但是，在该技术方案中，钛合金金属外壳本体及铝碳化硅热沉板需预先镀覆镍、金处理，再采用金锡共晶钎焊的方式将两者连接到一起。一方面，铝碳化硅热沉板材料制备复杂，同时金锡共晶钎焊采用的是Au80％，Sn20％的焊料(熔点280℃)，焊料价格昂贵，致使金属外壳的制造成本高昂。同时由于Au80％，Sn20％的焊料的引入，导致该类型金属封装外壳的后续使用温度一般不能超过380℃。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种金属封装外壳及其制作方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种金属封装外壳，包括：金属外壳本体，所述金属外壳本体底部平面上阵列式设置有若干通孔，所述通孔内设置有铜柱，所述金属外壳本体内部设置铜柱的底面上设置有LTCC基板电路，所述金属外壳本体的材料为钛合金，所述铜柱的材料为无氧铜，所述通孔为阵列式排布，阵列式排布的通孔所占区域的面积大于LTCC基板电路的面积。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：为了保证散热效果和金属外壳本体的可靠性、坚固性以及LTCC基板电路与钛合金、无氧铜的热膨胀系数之间的平衡，设置所述通孔的直径D为
1mm～5mm，所述通孔间间距H为通孔直径的2～4倍。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：所述金属外壳本体的材料为TC4钛合金。
[0011]一种如上述所述的金属封装外壳的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0012]S1：通过机械加工制得TC4钛合金材料的无盖矩形槽，在无盖矩形槽底部开设若干通孔，所述通孔的直径D为1mm～5mm，所述通孔间间距H为通孔直径的2～4倍，对开设好通孔的无盖矩形槽进行镀镍处理，镀镍层的厚度为5～15μm，制得金属外壳本体；
[0013]S2：机械加工制得比通孔的直径小0.03～0.10mm的铜柱，铜柱为无氧铜材料；
[0014]S3：在氮氢混合气体的保护气氛下，将铜柱钎焊在金属外壳本体的通孔内，钎焊焊料采用银铜共晶焊料，钎焊温度在800～850度，保温2～10分钟，制得钛合金封装外壳；
[0015]S3：将LTCC基板电路安装在金属外壳本体内部设置铜柱的底面上。
[0016]作为本专利技术进一步的方案：该百分比下，焊料流动性、稳定性较好，且成本低，所述S3步骤中的银铜共晶焊料，质量百分比为Ag72％、Cu28％。
[0017]作为本专利技术进一步的方案：所述S1步骤中的TC4钛合金材料的密度为4.5g/cm3，热导率15.2W/(m
·
K)，热膨胀系数8.5
×
10
‑6/℃。
[0018]作为本专利技术进一步的方案：所述S2步骤中的无氧铜材料的密度为8.9g/cm3，热膨胀系数17
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‑6/℃,热导率390W/(m
·
K)。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采用钛合金外壳本体上阵列式镶嵌高热导率无氧铜材料铜柱的结构，LTCC基板电路直接安装在钛合金和无氧铜的镶嵌板上面。封装外壳内部的LTCC基板电路的热膨胀系数与钛合金本体匹配，由于钛合金的强度高，抗拉强度高达895MPa，而无氧铜的材质软(抗拉强度仅196MPa)。由于高强度的TC4钛合金抑制住无氧铜柱的热膨胀，在增强外壳整体散热的同时避免是无氧铜材料与LTCC基板材料热失配带来的开裂变形失效风险；TC4钛合金作为LTCC基板机械支撑的承载体，无氧铜柱作为金属封装外壳内部与外部的高效快速的散热通道，将外壳内部电路产生的热量通过此通道及时将热量传递出去，避免了外壳内部元器件因工作环境温度过高而失效，满足了T/R组件对金属外壳的散热需求；相对于纯钛合金金属外壳本体，本专利技术的TC4钛合金金属外壳本体组合无氧铜铜柱的热导率提升4倍以上；通孔的直径D为1mm～5mm，所述通孔间间距H为通孔直径的2～4倍，此尺寸以及阵列使得钛合金金属外壳在满足高散热的前提下，保证了金属外壳与铜柱之间的可靠性、平面度，通过材料、结构的设置使得本专利技术的钛合金封装外壳热膨胀系数与内部电路的匹配，可靠性高，且密度低、重量轻、成本低。
[0020]本专利技术的制备方法采用钎焊的方式将散热铜柱嵌入到钛合金本体的底部，采用银铜共晶焊料，焊料价格低，减少产品的生产成本；铜柱与通孔钎焊时在氮氢混合气体的保护气氛下，钎焊温度在800～850度，保温2～10分钟，使得钎焊时铜柱与钛合金金属外壳本体的通孔之间焊缝强度高。
附图说明
[0021]图1为钛合金封装外壳的剖面结构图；
[0022]图2为金属外壳本体的俯视图。
[0023]图中：1
‑
金属外壳本体、11
‑
通孔、2
‑
铜柱、3
‑
LTCC基板电路。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属封装外壳，其特征在于，包括：金属外壳本体(1)，所述金属外壳本体底部平面上阵列式设置有若干通孔(11)，所述通孔内设置有铜柱(2)，所述金属外壳本体内部设置铜柱的底面上设置有LTCC基板电路(3)，所述金属外壳本体的材料为钛合金，所述铜柱的材料为无氧铜，所述通孔(11)为阵列式排布，阵列式排布的通孔所占区域的面积大于LTCC基板电路的面积。2.根据权利要求1所述的一种金属封装外壳，其特征在于，所述金属外壳本体的材料为TC4钛合金。3.根据权利要求1所述的一种金属封装外壳，其特征在于，所述通孔(11)的直径D为1mm～5mm。4.根据权利要求1所述的一种金属封装外壳，其特征在于，所述通孔间间距H为通孔直径的2～4倍。5.一种如权利要求1
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4所述的金属封装外壳的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过机械加工制得TC4钛合金材料的无盖矩形槽，在无盖矩形槽底部开设若干通孔，所述通孔的直径D为1mm～5mm，所述通孔间间距H为通孔直径的2～4倍，对开设好通孔的无盖矩形槽进行镀镍处理，镀镍层的厚度为5～15μm，制得金属外壳本体；S2：机械加工制得比通孔的直径小0.03～0.10mm的铜柱，铜柱为无氧铜材料；S3：在氮氢混合气体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾辉，钟永辉，方军，耿春磊，史常东，
申请(专利权)人：合肥圣达电子科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：