CN107546131B - 一种用于封装电子组件的金属外壳的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于封装电子组件的金属外壳的制作方法，其中所述金属外壳包括金属外壳主体以及金属外壳本体的底板上嵌合的金刚石铜热沉板，所述电子组件安装在所述金刚石铜热沉板上，所述金属外壳主体与金刚石铜热沉板之间采用钎焊连接。本发明所采用的金刚石铜热沉板，其热膨胀系数低、密度低、热导率高，在保证与电子组件的热膨胀系数匹配的同时保证了高效的散热能力，避免了金属外壳电子组件因工作环境温度过高而失效，满足了大功率元器件对金属外壳的散热需求，金属外壳主体与金刚石铜热沉板使用镀镍处理，并两者之间使用钎焊方式连接，其中镍与银铜共晶焊料价格比较低，节约金属外壳的制作成本。
Description
技术领域
本发明属于电子组件的封装领域，具体涉及一种用于封装电子组件的金属外壳的制作方法。
背景技术
星载及机载雷达中发射或接收组件是其重要组成部分，发射或接收组件属高密度微波电路，内部元器件众多，组装密度高，芯片耗散功率大，这必然会导致电路发热量提高、工作温度上升，而稳定性下降。在半导体器件中，随着温度升高，失效的可能性加大，因此发射或接收组件对金属外壳的散热能力有较高的要求。发射或接收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或接收组件，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。
在现有技术中，发射或接收组件一般采用铝外壳，存在热膨胀系数过大(23.6×10-6/℃)，与常规内部硅芯片电路不匹配等问题(硅芯片的热膨胀系数为4.1×10-6/℃)，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，内部电路容易失效，无法应用于高可靠需求的场合。传统金属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。低密度高强度的Ti-6Al-4V钛合金材料作为结构件已广泛应用于航空航天领域，但钛合金材料热膨胀系数偏大、热导率低(热导率15.2W/(m·K)，热膨胀系数8.5×10-6/℃)，限制了其在电子封装中应用拓展。
近年来，通过在Ti-6Al-4V钛合金金属外壳本体中局部镶嵌铝碳化硅热沉板的方式，一定程度满足了集成电路的散热要求，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。金锡共晶钎焊采用的是Au80Sn20焊料，焊料价格昂贵，致使金属外壳的制造成本高昂，且Au80Sn20焊料熔点280℃，采用金锡共晶钎焊的金属外壳后续使用温度受限，不能高于280℃。铝碳化硅热沉板的热膨胀系数为8.0×10-6/℃，与常规硅芯片电路不够完全匹配。且随着内部电路集成度的不断提高，铝碳化硅热沉板170W/(m·K)的热导率已满足不了其内部电路的散热需求。
发明内容
针对上述技术方案的不足，本发明的目的是提供一种具有轻质、高散热、与内部电路热匹配、相对低成本的金属外壳的制作方法，所采用技术方案如下：
一种用于封装电子组件的金属外壳的制作方法，其中所述金属外壳包括金属外壳主体以及金属外壳本体的底板上嵌合的金刚石铜热沉板，所述电子组件安装在所述金刚石铜热沉板上，所述金属外壳的制作包括以下步骤，
1)对金属外壳本体与金刚石铜热沉板进行加工，使金属外壳本体底部形成嵌合金刚石铜热沉板的空槽，使金属外壳本体与金刚石铜热沉板的间隙范围为0.05-0.10mm，同时使金属外壳本体与金刚石铜热沉板嵌合处的两侧形成凹槽；
2)对步骤1)中加工成型的金属外壳本体与金刚石铜热沉板的表面镀镍处理，并形成镀镍层；
3)将经步骤2)处理的金属外壳本体与金刚石铜热沉板嵌合后,在两者结合处即所述凹槽处加入焊料，并在气体保护炉内进行钎焊处理，保温后即得到所述的金属外壳。
进一步地，所述金属外壳本体采用Ti-6Al-4V钛合金，密度为4.5g/cm3，热导率15.2W/(m·K)，热膨胀系数8.5×10-6/℃。
进一步地，所述金刚石铜热沉板的热膨胀系数为4.0×10-6/℃，密度为4.6g/cm3,热导率为600W/(m·K)，其中铜的含量占40％。
进一步地，所述步骤2)中镀镍层的厚度在5-15μm。
进一步地，所述步骤3)中气体保护炉内的气体为氢气。
进一步地，所述步骤3)中焊料为采用银铜共晶焊料(Ag72Cu28)，钎焊温度为790-840℃，保温时间为2-10分钟。
本发明提供的金属外壳中，所采用的金属外壳主体采用Ti-6Al-4V钛合金，密度低、重量轻；所采用的金刚石铜热沉板，热膨胀系数低、密度低，热导率高，在保证与电子组件的热膨胀系数匹配的同时保证了高效的散热能力，避免了金属外壳电子组件因工作环境温度过高而失效，满足了大功率元器件对金属外壳的散热需求；金属外壳主体与金刚石铜热沉板均进行镀镍处理，镀镍层的厚度仅5-15μm；金属外壳本体与金刚石铜热沉板之间加工的间隙范围为0.05-0.10mm，对其进行钎焊处理，所用焊料为银铜共晶焊料，不仅价格比较低，能节约金属外壳的制作成本，而且钎焊温度在790-840℃之间，保温时间在2-10分钟之间，使金属外壳主体与金刚石铜热沉板焊缝形成的焊缝强度高，能够提供焊缝处的承载能力，从而使金属外壳有较好的塑形韧性和抗拉强度，使金属外壳的损坏率降低，使用寿命更久；由于银铜共晶焊料的熔点为780℃，因此，采用银铜共晶钎焊的金属外壳相较于金锡共晶钎焊，外壳后续使用温度有明显提高；所述焊料放置在两侧凹槽内，焊料融化后能够更好地流入间隙内，使焊料填充的纤缝更加均匀。
附图说明
图1为本发明的金属外壳的结构示意图。
图中：1、金属外壳主体；2、金刚石铜热沉板；3、凹槽；4、电子组件。
具体实施方式
下面通过具体实施例以及附图对用于封装电子组件的金属外壳的制作方法进行详细说明。
本发明提供的用于封装电子组件的金属外壳的制作方法，其中所述金属外壳包括金属外壳主体以及金属外壳本体的底板上嵌合的金刚石铜热沉板，所述电子组件安装在所述金刚石铜热沉板上，包括以下步骤，
1)对金属外壳本体与金刚石铜热沉板进行加工，使金属外壳本体底部形成嵌合金刚石铜热沉板的空槽，并使该空槽与金刚石铜热沉板的间隙范围为0.05-0.10mm；
2)对步骤1)中加工成型的金属外壳本体与金刚石铜热沉板的表面镀镍处理，并形成镀镍层；
3)将经步骤2)处理的金属外壳本体与金刚石铜热沉板嵌合后在所述凹槽处加入焊料，并在气体保护炉内进行钎焊处理，保温后即得到所述的金属外壳。
具体工艺步骤如下：
1)对金属外壳本体加工，首先使金属外壳本体底部形成嵌合金刚石铜热沉板的空槽，并使金属外壳本体与金刚石铜热沉板嵌合处的两侧形成凹槽，再对金刚石铜热沉板继续进行加工，使金属外壳本体与金刚石铜热沉板嵌合后之间的间隙范围为0.05-0.10mm；其中所述金属外壳本体采用Ti-6Al-4V钛合金，密度为4.5g/cm3，热导率15.2W/(m·K)，热膨胀系数8.5×10-6/℃，所用的金刚石铜热沉板的热膨胀系数为4.0×10-6/℃，密度为4.6g/cm3,热导率为600W/(m·K)，铜的质量百分比为40％；
2)对步骤1)中加工成型的金属外壳本体与金刚石铜热沉板的表面分别使用镍进行镀覆处理，并在两者表面形成镀镍层，形成的镀镍层的厚度为5-15μm；
3)将经步骤2)处理的金属外壳本体与金刚石铜热沉板嵌合在一起，在两侧形成的凹槽上放入焊料，所述的焊料采用银铜共晶焊料，其中质量百分比为银72％、铜28％，将其放在气体保护炉的炉内使用钎焊处理，钎焊温度保持在790-840℃，保温时间为2-10分钟，即得到所述的金属外壳，并采用国家标准GB/T 11363-2008钎焊焊缝强度试验方法测试钎焊焊缝强度。
表1为本发明的优选实施例以及对应钎焊焊缝强度
实施例1-4采用本发明提供的制作方法，实施例5和6与本发明的提供的制作方法上钎焊温度或保温时间不同，从表中可知，实施例1-4所得到的金属外壳的焊缝强度远大于实施例5和6的焊缝强度，也就是使用本发明制作的金属外壳的焊缝处的承载能力更强，有更好的塑形韧性和抗拉强度，使得金属外壳的损坏率降低，使用寿命延长。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以上具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些例子。以下所述仅为本发明部分的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种用于封装电子组件的金属外壳的制作方法，其特征在于，所述金属外壳包括金属外壳主体以及金属外壳本体的底板上嵌合的金刚石铜热沉板，所述电子组件安装在所述金刚石铜热沉板上，所述金属外壳的制作包括以下步骤，
1)对金属外壳本体与金刚石铜热沉板进行加工，使金属外壳本体底部形成嵌合金刚石铜热沉板的空槽，使金属外壳本体与金刚石铜热沉板的间隙范围为0.05-0.10mm，同时使金属外壳本体与金刚石铜热沉板嵌合处的两侧形成凹槽；
2)对步骤1)中加工成型的金属外壳本体与金刚石铜热沉板的表面镀镍处理，并形成镀镍层；
3)将经步骤2)处理的金属外壳本体与金刚石铜热沉板嵌合，并在所述凹槽处加入焊料，在气体保护炉内进行钎焊处理，保温后即得到所述的金属外壳；其中，所述焊料为采用银铜共晶焊料，钎焊温度为790-840℃，保温时间为2-10min。
2.根据权利要求1所述的用于封装电子组件的金属外壳的制作方法，其特征在于，所述金属外壳本体采用Ti-6Al-4V钛合金，密度为4.5g/cm3，热导率15.2W/(m·K)，热膨胀系数8.5×10-6/℃。
3.根据权利要求1所述的用于封装电子组件的金属外壳的制作方法，其特征在于，所述金刚石铜热沉板的热膨胀系数为4.0×10-6/℃，密度为4.6g/cm3,热导率为600W/(m·K)，其中铜的含量占40％。
4.根据权利要求1所述的用于封装电子组件的金属外壳的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中镀镍层的厚度在5-15μm。
5.根据权利要求1所述的用于封装电子组件的金属外壳的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中气体保护炉内的气体为氢气。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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