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CN117810207B - 一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法 - Google Patents

一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，属于芯片的抗辐射处理技术领域。所述方法包括对基底金属材料表面进行预处理；准备辐射增强耐腐蚀层原料；将辐射增强耐腐蚀层原料混合后，室温研磨，过滤，喷涂于预处理的基底金属材料表明，干燥，固化，得表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片；将表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片加工成抗辐射壳体，随后将抗辐射壳体封装在嵌入式存储芯片的表面。本发明既实现了质量轻金属基底达到抗辐射目的，又提高了抗辐射壳体的耐腐蚀、抗湿性能。

Description

一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法
技术领域
本发明属于芯片的抗辐射处理技术领域，具体地，涉及一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法。
背景技术
在电子元器件抗辐射研究领域中，为提高电子元器件在太空环境中(存在着各种辐射粒子如α粒子、β粒子、γ射线、X光、质子、电子、高能量离子等)的使用寿命，通常对电子元器件中的核心元件存储芯片进行抗辐射处理。
目前国际上已经使用或正在研发的抗辐射加固材料主要有：单一金属材料如铝、铅、钨等；合金材料，如钨铜合金、或铋、锡、铅、钨等构成的合金；利用纳米技术制造的超轻抗辐射纤维材料；由抗辐射有机材料及高原子量元素或陶瓷材料合成的多元复合材料等。其中，单一金属材料以及合金材料制作成抗辐射加固材料时，需要达到一定厚度才能实现抗辐射的目的，无疑增加了电子元器件的重量。且加固材料在存储芯片表明成型后，保护于存储芯片外，其耐湿、耐腐蚀能力又成了抗辐射外壳寿命以及保证电子元器件正常运行的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，本发明的目的在于提供一种抗辐射的存储芯片，采用在金属基底上涂敷辐射增强耐腐蚀涂层，在存储芯片外形成耐湿、耐腐蚀能力强的抗辐射外壳，以延长存储芯片的使用寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明的目的在于提供一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，包括：
对基底金属材料表面进行预处理；
准备辐射增强耐腐蚀层原料，所述辐射增强射耐腐蚀层包括以下重量份原料：
10-20份硅氧烷改性石墨烯、5-10份氧化锌、5-10份氧化锡、20-30份甲基三甲氧基硅氧烷、0.5-3份甲酸、0.5-2.5份分散助剂、8-28份去离子水；
将上述重量份的硅氧烷改性石墨烯、氧化锌、氧化锡、分散助剂和去离子水混合均匀后，加入甲基三甲氧基硅氧烷和甲酸，室温研磨，过滤，喷涂于预处理的基底金属材料表明，干燥，固化，得表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片；
将表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片加工成抗辐射壳体，随后将抗辐射壳体封装在嵌入式存储芯片的表面。
进一步地，所述基底金属材料为铝基底金属板或铜基底金属板，所述基底金属材料的厚度为1-5mm。
进一步地，所述硅氧烷改性石墨烯由氨基硅烷偶联剂在酸性条件下水解形成的超支化硅氧烷和氧化石墨烯在乙醇和去离子水的混合溶剂中碱性条件下经接枝反应制成。
进一步地，所述接枝反应的反应温度为70-80℃，反应时间为1-24h，所述碱性条件为pH为9-10。
进一步地，所述接枝反应中超支化硅氧烷和氧化石墨烯的质量比为1:0.02-0.1。
进一步地，所述氨基硅烷偶联剂在酸性条件下水解形成超支化硅氧烷反应中，氨基硅烷偶联剂和去离子水的质量比为2：6-10。
进一步地，所述酸性条件为pH为5-5.5，所述水解反应中，反应温度为50-60℃，反应时间为1-12h。
进一步地，所述氧化锌的粒径为10-20μm，氧化锡的粒径为1-20μm。
进一步地，所述固化温度为200-250℃，固化时间为10-20min。
进一步地，所述辐射增强耐腐蚀层的厚度为10-30μm。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，采用在金属基底上涂敷辐射增强耐腐蚀涂层，利用金属基底的抗辐射能力，以及辐射增强耐腐蚀涂层的抗辐射能力，以薄金属片和薄金属片表明涂层的组合，实现质量轻金属基底达到抗辐射目的；
其中，所述辐射增强耐腐蚀涂层中添加了抗辐射增强的填料硅氧烷改性石墨烯、氧化锌和氧化锡，赋予涂层高的抗辐射性能，且所述硅氧烷改性石墨烯由超支化硅氧烷和氧化石墨烯经接枝反应形成，其中，超支化硅氧烷作为氧化锌和氧化锡在涂层中的助分散剂，其与甲基三甲氧基硅氧烷相容性好，且也可继续参与涂层形成过程的水解反应，将抗辐射增强的填料粘合在涂层的互穿网络中，使得抗辐射增强的填料在涂层中分散更加均匀，最后本发明中的辐射增强耐腐蚀涂层为有机硅涂层(甲基三甲氧基硅氧烷经水解形成)，具有耐高温、耐腐蚀、抗湿性能；
综上所述，本发明采用在金属基底上涂敷辐射增强耐腐蚀涂层，在嵌入式存储芯片表面封装成一层抗辐射壳体，既实现了质量轻金属基底达到抗辐射目的，又提高了抗辐射壳体的耐腐蚀、抗湿性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，包括：
第一步、对基底金属材料表面进行预处理；
第二步、准备辐射增强耐腐蚀层原料，所述辐射增强射耐腐蚀层包括以下重量份原料：
10-20份硅氧烷改性石墨烯、5-10份氧化锌、5-10份氧化锡、20-30份甲基三甲氧基硅氧烷、0.5-3份甲酸、和8-28份去离子水；
第三步、将硅氧烷改性石墨烯、氧化锌、氧化锡、分散助剂和去离子水混合均匀后，加入甲基三甲氧基硅氧烷和甲酸，室温研磨，过滤，喷涂于预处理的基底金属材料表明，干燥，固化，得表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片；
第四步、将表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片加工成抗辐射壳体，随后将抗辐射壳体封装在嵌入式存储芯片的表面。
第一步中，所述基底金属材料为铝基底金属板或铜基底金属板，所述基底金属材料的厚度为1-5mm；
具体地，所述基底金属材料的厚度可以为1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。
第一步中，所述对基底金属材料表面进行预处理，包括对金属板表面抛光和清洗去污操作，抛光和清洗去污操作为本技术领域熟知的常识，在此，本发明不再赘述。
第二步中，所述硅氧烷改性石墨烯由氨基硅烷偶联剂在酸性条件下水解形成的超支化硅氧烷和氧化石墨烯在乙醇和去离子水的混合溶剂中碱性条件下经接枝反应制成。
第二步中，所述接枝反应的反应温度为70-80℃，反应时间为1-24h，所述碱性条件为pH为9-10；所述接枝反应中超支化硅氧烷和氧化石墨烯的质量比为1:0.02-0.1；
具体地，所述接枝反应的反应温度为70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃；
所述接枝反应的反应时间为1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h；
所述接枝反应中超支化硅氧烷和氧化石墨烯的质量比为1:0.02、1:0.02、1:0.03、1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.07、1:0.08、1:0.09或1:0.1。
第二步中，所述氨基硅烷偶联剂在酸性条件下水解形成超支化硅氧烷反应中，氨基硅烷偶联剂和去离子水的质量比为2：6-10；所述酸性条件为pH为5-5.5，所述水解反应中，反应温度为50-60℃，反应时间为1-12h；
所述氨基硅烷偶联剂和去离子水的质量比为2：6、2：7、2：8、2：9或2：10；
所述水解的反应温度为50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃；
所述水解的反应时间为1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h。
第二步中，所述氧化锌的粒径为10-20μm，氧化锡的粒径为1-20μm；
所述氧化锌的粒径为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm；
所述氧化锡的粒径为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm。
第三步中，所述辐射增强耐腐蚀层的厚度为10-30μm；
所述辐射增强耐腐蚀层的厚度为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm。
第三步中，所述固化温度为200-250℃，固化时间为10-20min；
所述固化温度为200℃、220℃、230℃、240℃、或250℃；
所述固化时间为10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min。
一、原料制备
实施例1
硅氧烷改性石墨烯制备
A1、将2g氨基硅烷偶联剂在8g去离子水中超声分散后，用浓盐酸调节混合液的pH为5-5.5，加热至反应温度为860℃，保温加热反应，反应时间为8h，真空旋蒸，得超支化硅氧烷
A2、将10g上述制备的超支化硅氧烷和0.8g氧化石墨烯在50mL乙醇和50mL去离子水的混合溶剂中混合均匀后，在pH为9-10条件下，加热至反应温度为75℃，保温反应，反应时间为16h，用乙醇抽滤清洗三遍，得硅氧烷改性石墨烯。
实施例2
太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装
按照上述实施例中提供的封装方法进行封装，其中，辐射增强射耐腐蚀层的原料按照表1进行准备，基底金属材料采用3mm的铝基底金属板。
表1(重量份)
实施例2所得的封装处理的嵌入式存储芯片标记为实施例2-1、实施例2-2、实施例2-3、实施例2-4、实施例2-5、实施例2-6、实施例2-7、实施例2-8和实施例2-9，最终所得的辐射增强射耐腐蚀层的厚度如表2所示。
性能测试：
将实施例2所得的封装处理的嵌入式存储芯片、未封装处理的嵌入式存储芯片(作为空白试验组，对比例1)和未涂敷的金属片封装处理的嵌入式存储芯片(作为空白试验组，对比例2)一同进行抗累积辐射性能测试，所得结果如表2所示。
耐腐蚀测试：将实施例2中第三步所得的表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片和未涂敷的金属片(作为空白试验组，对比例3)进行盐水喷雾试验，具体条件为：JIS2371盐水喷雾试验200小时，测定重量减少率，测试结果如表2所示；
表2
从表2中的数据中可以看出，本实施例2中的封装处理的嵌入式存储芯片的抗辐射性能优于未处理的嵌入式存储芯片和未涂敷的金属片封装处理的嵌入式存储芯片的抗辐射性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，包括：
对基底金属材料表面进行预处理；
准备辐射增强耐腐蚀层原料，所述辐射增强射耐腐蚀层原料包括以下重量份原料：
10-20份硅氧烷改性石墨烯、5-10份氧化锌、5-10份氧化锡、20-30份甲基三甲氧基硅氧烷、0.5-3份甲酸、和8-28份去离子水；
将硅氧烷改性石墨烯、氧化锌、氧化锡、分散助剂和去离子水混合均匀后，加入甲基三甲氧基硅氧烷和甲酸，室温研磨，过滤，喷涂于预处理的基底金属材料表面，干燥，固化，得表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片；
将表面涂敷有辐射增强耐腐蚀层的金属片加工成抗辐射壳体，随后将抗辐射壳体封装在嵌入式存储芯片的表面。
2.根据权利要求1所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述基底金属材料为铝基底金属板或铜基底金属板，所述基底金属材料的厚度为1-5mm。
3.根据权利要求1所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述硅氧烷改性石墨烯由氨基硅烷偶联剂在酸性条件下水解形成的超支化硅氧烷和氧化石墨烯在乙醇和去离子水的混合溶剂中碱性条件下经接枝反应制成。
4.根据权利要求3所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述接枝反应的反应温度为70-80℃，反应时间为1-24h，所述碱性条件为pH为9-10。
5.根据权利要求3所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述接枝反应中超支化硅氧烷和氧化石墨烯的质量比为1:0.02-0.1。
6.根据权利要求3所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂在酸性条件下水解形成超支化硅氧烷反应中，氨基硅烷偶联剂和去离子水的质量比为2：6-10。
7.根据权利要求3所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述酸性条件为pH为5-5.5，所述水解反应中，反应温度为50-60℃，反应时间为1-12h。
8.根据权利要求1所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述氧化锌的粒径为10-20μm，氧化锡的粒径为1-20μm。
9.根据权利要求1所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述固化的固化温度为200-250℃，固化时间为10-20min。
10.根据权利要求1所述的一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的金属片封装方法，其特征在于，所述辐射增强耐腐蚀层的厚度为10-30μm。
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