CN109244045B - 一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，在管壳底座的引脚上套设设定间距的上、下两层PCB板，上、下两层PCB板通过引脚或插针电学连接；上、下两层PCB板的上或/和下表面设有表面贴装元件；上层PCB板的上表面还焊接一陶瓷基板，金属盖帽罩在管壳底座上，对两层PCB板进行气密性封装。本发明对电阻精度要求高的电路单元和电阻采用厚膜工艺印刷在陶瓷基板上，有利于电阻的有源微调，易操作；电路版图的合理分割，有利于每块板的电路性能测试，减小测试难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构。
背景技术
目前公知的厚膜基板组装金属管壳结构封装技术，一般是基板正面进行表贴器件或裸芯片的组装；然后基板背面通过粘接的方式实现与管壳的固定，最后管壳与金属盖片进行平行缝焊，实现金属管壳全气密性封装结构。
缺点：单个基板粘接金属管壳封装，使基板背面无法粘接元器件，只有基板正面进行表贴器件或裸芯片的组装，造成电路集成度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，可以解决要求电阻精度高等特殊要求的基板封装难题，同时提高了基板封装的集成度，降低了加工封装难度、易操作，减少了电路性能的测试难度。
实现本发明目的的技术方案：
一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，其特征是，在管壳底座的引脚上套设设定间距的上、下两层PCB板，上、下两层PCB板通过引脚或插针电学连接；
其中，上、下两层PCB板的上或/和下表面设有表面贴装元件；上层PCB板的上表面还焊接一陶瓷基板，
金属盖帽罩在管壳底座上，对两层PCB板进行气密性封装。
陶瓷基板上的电路采用厚膜印刷工艺或丝网印刷工艺而成。
陶瓷基板上的有源器件采用裸芯片金丝键合。
陶瓷基板通过镀银铜丝或PAD区焊接的方式实现与上层PCB板的电学连接。
陶瓷基板通过导带侧连实现正、背面间的电学连接。
下层PCB板上的超过设定精度的电阻厚膜印刷在上层PCB板上的陶瓷基板上；电阻的两端通过镀银铜丝焊接在上层PCB板上，再通过引脚或插针与下层PCB板进行电学连接。
上、下两层PCB板间通过支撑环固定间距。
管壳底座与下层PCB板之间的引脚上套设支撑环。
上、下层PCB板通过锡焊的方式套装焊接在管壳底座的引脚上。
在管壳底座朝向下层PCB板的一面设置绝缘垫。
本发明的优点为：
1) 电路版图的合理分割，有利于每块板的电路性能测试，减小测试难度。
2) 电路中对电阻精度要求高的电路单元和电阻都采用厚膜工艺，印刷在陶瓷基板上有利于电阻的有源微调，裸芯片金丝键合，符合常规工艺，易操作。
3) 2层PCB印制板通过锡焊的方式套装在金属管壳的引脚上，PCB板的组装采用锡焊表贴器件，符合常规工艺，易操作。
4) 陶瓷基板电路模块作为一个器件锡焊在PCB板上，使组装简单，而且能实现有高精度要求的电路模块采用厚膜工艺实现。
5)采用的是陶瓷基板与印刷板混合组装在管壳底座内，管壳底座与金属盖帽通过激光焊形成全气密性封装。
附图说明
图1为金属管壳底座主视图；
图2为图1的侧视图；
图3为装配结构图；
图4为图3的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
结合图1－图4，本发明中采用的是陶瓷基板与印刷板混合组装在管壳底座内，管壳底座1与金属盖帽2通过激光焊形成全气密性封装。厚膜与印刷板小型化金属管壳封装设计技术是采用2层PCB板通过锡焊的方式套装在管壳底座的引脚上，下层PCB板3正背面完全采用表贴件，上层PCB板4正背面也采用表贴件，其中上层PCB板的正面（上表面）焊接一块陶瓷基板5。陶瓷基板5上采用厚膜印刷工艺，采用丝网印刷技术，有源器件采用裸芯片金丝键合。两层PCB板间通过支撑环6固定间距，支撑环6套装在管壳底座引脚11上。上、下层PCB板间内部电学连接通过锡焊插针7和管壳底座的引脚11进行电学连接。电阻要求精度高，需要有源微调的电路单元通过陶瓷基板厚膜印刷的工艺进行加工，调阻，同时采用裸芯片金丝键合方式提高集成度。陶瓷基板5作为一个器件单元锡焊在上层PCB板4上，两者之间通过镀银铜丝9或PAD区焊接的方式实现与承接的上层PCB板进行电学连接，陶瓷基板正、背面的电学连接通过陶瓷基板侧连实现正背面布线。在管壳底座的底面要粘接一块绝缘垫8（视情况而定），防止与表贴器件短路。最后通过激光缝焊的方式实现金属管壳全气密性封装。
下面将详细地介绍发明完整过程。
1 技术特点(解决的技术问题)
1.1 技术方案特点
1）本方案是采用国内成熟金属管壳底座与金属盖帽进行激光焊的工艺，其特点是：可靠性高，抗冲击，易操作。
2）基板材料采用Al2O3以及其它材料的基板，具有一定的抗机械冲击能力，特点是选材通用。
3）选用了厚膜印刷工艺和印制板工艺都是常用工艺，易生产加工。
4）设计灵活，修改、返工方便，工艺加工难度显著降低，成品率大大提高。
5）适合于结构类似的所有金属管壳底座与金属盖帽封装的结构设计。
1.2 技术难点
1) 电路集成度高，密度大，版图布局有效面积只有一般厚膜工艺电路的三分之一，因此采用上、下层PCB板套装在管壳引脚上，增加布板面积，提高集成度。
2）电路中设有高精度电阻并且需要有源微调，因此有精度要求的电路部分及电阻必须采用陶瓷基板厚膜印刷工艺，同时要求提高集成度。为了解决这一难题，采用厚膜印刷的陶瓷基板与PCB板贴片两种方式进行混合组装。
3）陶瓷基板采用厚膜印刷，其正面的元器件采用裸芯片金丝键合工艺，高精度电阻采用丝网印刷，能满足电阻高精度及在线有源微调的要求，提高集成度。
4）陶瓷基板实现正背面布线，需要通过陶瓷基板侧连印刷实现；陶瓷基板与PCB板间电学互连及固定组装，通过陶瓷基板背面粘接区锡焊的方式实现电学互连及安装到上PCB板。
5）陶瓷基板与上PCB板间电学连接，可以采用可靠性高的镀银铜丝锡焊工艺实现电学连接。
6)上层PCB与下层PCB板间互连： 管壳面积小，管壳底座上的引脚都用作了电路输出脚，上、下两层PCB板间的互连存在很大难度，两层PCB板间通过插针互连，同时利用管壳底座的引脚互连。
7）下层PCB板上的高精度电阻印刷在上层PCB板上的陶瓷基板上。
8）下层PCB板上有高精度电阻需要厚膜印刷在陶瓷基板上，而厚膜陶瓷基板是锡焊在上层PCB板上，实现电学连接存在难度。可采用厚膜印刷的高精度电阻两端通过镀银铜丝焊接在上层PCB板上，再通过插针与下层PCB进行电学连接。
9）组装必须采用新的思路。管壳底座上面粘接一层绝缘垫，上、下层PCB印刷板套装在管壳底座的引脚上，厚膜印刷的陶瓷基板采用金丝键合的厚膜工艺，锡焊安装在上层PCB板上，上、下层PCB板间通过外引脚及插针互连。
10) 设计要求加工难度降低、易操作，所以必须选用常用的工艺达到要求。
2 技术方案
厚膜与印刷板小型化金属管壳封装设计技术是采用2层PCB印制板通过锡焊的方式套装在金属管壳的引脚11上，下层PCB板完全采用表贴件，上层PCB板上也采用表贴件，上面焊接的陶瓷基板上采用厚膜印刷电阻，有源器件采用裸芯片金丝键合。两层PCB印制板间通过支撑环固定间距，PCB板间内部电学连接通过锡焊插针的进行连接。电阻要求精度高，需要有源微调的的电路单元及电阻通过陶瓷基板厚膜印刷的工艺进行加工、调阻，同时采用裸芯片金丝键合方式提高集成度。陶瓷基板作为一个器件单元锡焊在PCB板上，两者之间通过镀银铜丝和PAD区焊接的方式实现与承接的PCB印制板粘接及电学连接，陶瓷基板正背面的电学连接通过陶瓷基板侧连实现正背面布线。最后通过激光缝焊的方式实现金属管壳全气密性封装。具体采用如下设计方案。
1）电路版图的分割
为了便于测试，将上下两块PCB印制板的单元尽量按各自的功能块进行分割，有利于每块板的测试。电阻精度要求高的电路单元印刷在陶瓷基板上，陶瓷基板可以通过导带侧连印刷到陶瓷基板背面，再与承接的上层PCB板焊接进行电学连接，安装在管壳内的上层。对于下层完全是表贴件的PCB板的电路单元中有少量精度高的电阻也印刷在陶瓷基板上，电阻两端通过焊接镀银铜丝连到承接的上PCB电路板，两个电路板间通过插针进行连同，实现电路的电学功能，这样既解决了电路的测试性，也能解决高精度的电路单元的电阻调试功能。
2）陶瓷基板的布局
电阻精度要求高的电路单元印刷在陶瓷基板上，可以通过侧连印刷到陶瓷基板背面，再与承接的上层PCB板焊接进行连接，安装在管壳的上层。对于下层完全是表贴件的PCB板的电路单元中有少量精度高的电阻也印刷在陶瓷基板上，电阻两端通过焊接镀银铜丝连到承接的上层PCB板，两个PCB板间通过插针进行连通，实现电路的电学功能。
3）上、下层PCB板间连通方式
上下两层PCB板通过通孔套装在管壳底座的引脚上，引脚既作为输出功能脚，也作为2个PCB电路内部电学连接通道。PCB间内部电学连接还通过打孔、焊接插针进行电学连接。
4）封装管壳
金属管壳包括管壳底座和金属盖帽。如图1、图2所示，管壳底座为带有2排双列直插引脚的平台，平台边沿四周有一个窄的矮台阶，用于与金属盖帽进行激光缝焊。金属盖帽，是一面开口长方体空腔，与管壳底座焊在一起，形成气密性封装。
5）装配结构
管壳底座引脚上套设用于支撑下层PCB板的支撑环。管壳底座的引脚上套装、锡焊下层PCB板，下层PCB板与管壳底座间可以放一层绝缘材料垫或根据实际情况不放置绝缘材料垫；再在引脚上套支撑环，焊接隔离两层PCB板间距的插针；再将上层PCB板套装、锡焊在引脚和插针上，上层PCB板下表面都是表贴器件，上表面锡焊了表贴器件和陶瓷基片，陶瓷基板上采用厚膜印刷工艺及金丝键合工艺，陶瓷基板与上层PCB板间电学连接通过镀银铜丝锡焊或其它连接方式，最后将金属盖帽激光焊接到管壳底座上，形成气密性封装。装配结构图如图2。
3 技术优点（有益效果）
1) 电路版图的合理分割，有利于每块板的电路性能测试，减小测试难度。
2) 电路中对电阻精度要求高的电路单元和电阻都采用厚膜工艺，印刷在陶瓷基板上有利于电阻的有源微调，裸芯片金丝键合，符合常规工艺，易操作。
3) 2层PCB印制板通过锡焊的方式套装在金属管壳的引脚上，PCB板的组装采用锡焊表贴器件，符合常规工艺，易操作。
4) 陶瓷基板电路模块作为一个器件锡焊在上层PCB板上，使组装简单，而且能实现有高精度要求的电路模块采用厚膜工艺实现。
5)采用的是陶瓷基板与印刷板混合组装在管壳底座内，管壳底座与金属盖帽通过激光焊形成全气密性封装。
4 工艺参数设计
1)粘接材料：导电环氧H37MP、H20E或相当性能的材料；
焊锡膏RHG55-OF-2063或NC-62-90A
2）连接材料：金丝、镀银铜丝、插针或相当性能的材料；
3）管壳底座：镀金或镀镍的可伐钢或相当性能的材料产品；
4）基板：陶瓷基板和PCB板。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，其特征是，在管壳底座的引脚上套设设定间距的上层PCB板、下层PCB板，上层PCB板、下层PCB板通过引脚或插针电学连接；
其中，上层PCB板、下层PCB板的上或/和下表面设有表面贴装元件；上层PCB板的上表面还焊接一陶瓷基板，
金属盖帽罩在管壳底座上，对两层PCB板进行气密性封装；
陶瓷基板上的电路采用厚膜印刷工艺或丝网印刷工艺而成；
下层PCB板上的超过设定精度的电阻厚膜印刷在上层PCB板上的陶瓷基板上；电阻的两端通过镀银铜丝焊接在上层PCB板上，再通过引脚或插针与下层PCB板进行电学连接；
上、下两层PCB板间通过支撑环固定间距。
2.根据权利要求1所述的一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，其特征是，陶瓷基板上的有源器件采用裸芯片金丝键合。
3.根据权利要求1所述的一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，其特征是，陶瓷基板通过镀银铜丝或PAD区焊接的方式实现与上层PCB板的电学连接。
4.根据权利要求1所述的一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，其特征是，陶瓷基板通过导带侧连实现正、背面间的电学连接。
5.根据权利要求1所述的一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，其特征是，管壳底座与下层PCB板之间的引脚上套设支撑环。
6.根据权利要求1所述的一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，其特征是，上、下层PCB板通过锡焊的方式套装焊接在管壳底座的引脚上。
7.根据权利要求1所述的一种厚膜基板小型化金属管壳封装结构，其特征是，在管壳底座朝向下层PCB板的一面设置绝缘垫。
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