CN106298685B - 一种采用超声波焊接的电子芯片封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用超声波焊接的电子芯片封装结构，该封装结构包括由聚醚醚酮材料制成的盖板和盒体；盖板外圆周面上沿周向加工有一道截面为三角形的锥形环，锥形环的顶角为圆弧过渡；盖板的底面上有一道环形的三角形截面焊接结构；盒体的内腔由两个连续的圆柱形空腔构成，盒体开口端的空腔直径大于封闭端的空腔直径，两个圆柱形空腔之间的台阶面上沿周向加工有一道环形的三角形截面焊接结构；盖板通过超声波焊接的形式固定在盒体开放端的大直径空腔内，电子芯片被封装在盒体的小直径空腔内。本发明采用合理的焊接结构实现可靠封装，能够解决高压、高温、冲击及振动载荷、酸碱性环境等复杂工况下长寿命封装的问题。

Description

一种采用超声波焊接的电子芯片封装结构

技术领域

本发明涉及一种封装结构，具体涉及一种用于存放电子芯片的封装结构，属于超声波焊接技术领域。

背景技术

国家能源战略中提出重点开发海洋油气资源，我国深海油气资源开发装备队伍迎来了空前发展良机，作为深海油气资源开发装备队伍的重要成员，油管及其附属装置承担着输油输气的关键任务。而以电子芯片为代表的一系列电子元器件，承担着井下设备和深海勘探设备的全寿命周期的管理和维护使命，电子芯片中记录了管路的各种规格参数以及维护信息，电子芯片必须通过相应的封装结构可靠的安装在对应的管路上。无论在井下作业还是在深海作业，封装结构不可避免地，面临着极其严苛的要求以及极其恶劣的工况，作业环境具有高压、高温、酸弱性、振动的特点。

通常地，绝大多数的封装结构大多采用螺纹副配合，有些气密水密设备则采用橡胶密封圈作为密封、承压手段。螺纹副在加工工艺中需车削极其多的牙数，密封部位需要极其长的牙数，以期达到预期的密封效果，这种设计有以下缺点：占据了有限空间，消弱了耐压结构的强度，同时在具有严重腐蚀性的液体中螺纹配合极其容易被腐蚀失效，无法实现恶劣环境下密封和承压。与此同时，通常方案需配置防老化的高质量进口密封圈以期实现密封，橡胶密封圈周期长，价格贵，而且使用寿命极其有限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种采用超声波焊接的电子芯片封装结构，该封装结构采用合理的焊接结构实现可靠封装，能够解决高压(70MPa)、高温(200℃)、冲击及振动载荷、酸碱性环境等复杂工况下针对极其有限空间内进行高可靠性、长寿命封装的问题。

一种采用超声波焊接的电子芯片封装结构，该封装结构包括由聚醚醚酮材料制成的盖板和盒体，***设备为电子芯片；

所述盖板为圆形结构，其外圆周面上沿周向加工有一道截面为三角形的锥形环，该锥形环位于盖板厚度的中心位置，锥形环的顶角为圆弧过渡；所述盖板的底面上有一道环形的焊接结构，该焊接结构的截面为三角形；

所述盒体的内腔由两个连续的圆柱形空腔构成，盒体开口端的空腔直径大于封闭端的空腔直径，两个圆柱形空腔之间形成水平的台阶面，台阶面上沿周向加工有一道环形的焊接结构，焊接结构的截面为三角形；盒体封闭端的端面为圆锥形面；

所述盖板通过超声波焊接的形式固定在盒体开放端的大直径空腔内，盖板和盒体上的焊接结构融化后彼此固定在一起，电子芯片被封装在盒体的小直径空腔内。

进一步地，所述聚醚醚酮的基材采用威格斯450，辅料采用玻纤和碳纤，两者比例之和小于45％；注塑的过程中的温度保持在390度，压力保持在30MPa。

进一步地，所述盖板的厚度为1.8mm，焊接结构截面三角形的高度为0.6mm，底边长度为0.7mm。

进一步地，所述盒体焊接结构截面三角形的高度为0.6mm，底边长度为0.7mm，盖板和盒体焊接结构的中心距分别为8mm和7mm，盖板的外径为17.4mm，盒体的外径为20mm，盒体第一个空腔的内径为18mm。

进一步地，盒体底部的锥度为2°。

有益效果：

1、本发明盖板的厚度在保证足以承受外压的同时，内部圆面不会有较大程度的内陷，进而出现压裂后导致具有酸性、腐蚀性的液体压入腔体，造成被封装的芯片压裂、腐蚀；也能避免内陷深度一旦较大，在中央凹陷最大的局部会产生应力集中，直接作用在电子元器件的上表面，造成不必要的损伤。

2、本发明盖板的外圆周面上加工具有微小角度的圆锥环，圆锥环顶角采用圆弧过渡，形成圆锥面分压和减振作用。作为一种保护结构，圆锥角使得盖板受力分解为下压力和周向压力，下压力是竖直向下压封装主体的压力，周向压力是沿着圆周法线向外的压力，角度越大，周向压力越大，其产生侧弯矩＝周向压力*主体高度，该力矩做的功为破坏性的废功，因而设计该角度选择相对较小的角度；与此同时，圆锥角设计一定范围内需要满足减振作用，防止机械式冲击载荷。

3、本发明聚醚醚酮采用的基材能够抵抗更高的压力，但是流动性差；辅料中的玻纤具有强化刚度的作用，碳纤具有自润滑的特性，具有较高的强度，同时具有较高的流动性，两者通过适当的比例混合注塑成型后使得材料具有良好的焊接性能。

4、本发明盒体上设计的截面为三角形的焊接结构一方面能够将焊接的能量进行聚焦，产生更加强大的能量和高温，瞬间熔融焊料，另一方面，能够抵御来自盖板的振动，不仅减少有害的振动，将其转化为对焊接有促进作用的有益振动，此外还增大了局部的强度，不至于在还没有完全融化的时候发生压溃等不良现象。

5、本发明盒体底部具有一定锥度的圆锥底，具有承载更高压力更高温度工况的能力，其锥度设计同盖板；盒体壁厚设计为具有抵御圆周面法向的压力和液压的能力。

附图说明

图1为本发明在焊接前的整体结构示意图；

图2为本发明的焊接后的整体结构示意图；

图3为本发明盒体的三维结构示意图。

其中，1-盖板，2-盒体。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种采用超声波焊接的电子芯片封装结构，该封装结构包括由聚醚醚酮材料制成的盖板1和盒体2，***设备为电子芯片；盖板1和盒体2的材料采用聚醚醚酮，聚醚醚酮的基材采用威格斯450，辅料采用20％的玻纤和15％的碳纤，两者比例之和小于45％；注塑的过程中的温度保持在390度，压力保持在30MPa。

所述盖板1为圆形结构，其外圆周面上沿周向加工有一道截面为三角形的锥形环，该锥形环位于盖板1厚度的中心位置，锥形环的顶角为圆弧过渡；所述盖板的底面上有一道环形的焊接结构，该焊接结构的截面为三角形；盖板1的厚度为1.8mm，焊接结构截面三角形的高度为0.6mm，底边长度为0.7mm。

盒体2的内腔由两个连续的圆柱形空腔构成，盒体2开口端的空腔直径大于封闭端的空腔直径，两个圆柱形空腔之间形成水平的台阶面，台阶面上沿周向加工有一道环形的焊接结构，焊接结构的截面为三角形；盒体2封闭端的端面为圆锥形面；盒体焊接结构截面三角形的高度为0.6mm，底边长度为0.7mm，盖板和盒体焊接结构的中心距分别为8mm和7mm，盖板的外径为17.4mm，盒体的外径为20mm，盒体第一个空腔的内径为18mm，盒体底部的锥度为2°

如附图2和3所示，盖板1通过超声波焊接的形式固定在盒体2开放端的大直径空腔内，盖板1和盒体2上的焊接结构融化后彼此固定在一起，电子芯片被封装在盒体2的小直径空腔内。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用超声波焊接的电子芯片封装结构，其特征在于，该封装结构包括由聚醚醚酮材料制成的盖板和盒体，***设备为电子芯片；

所述盖板为圆形结构，其外圆周面上沿周向加工有一道截面为三角形的锥形环，该锥形环位于盖板厚度的中心位置，锥形环的顶角为圆弧过渡；所述盖板的底面上有一道环形的焊接结构，该焊接结构的截面为三角形；

所述盒体的内腔由两个连续的圆柱形空腔构成，盒体开口端的空腔直径大于封闭端的空腔直径，两个圆柱形空腔之间形成水平的台阶面，台阶面上沿周向加工有一道环形的焊接结构，焊接结构的截面为三角形；盒体封闭端的端面为圆锥形面；

所述盖板通过超声波焊接的形式在盒体开放端的大直径空腔内，盖板和盒体上的焊接结构融化后彼此固定在一起，电子芯片被封装在盒体的小直径空腔内。

2.如权利要求1所述的采用超声波焊接的电子芯片封装结构，其特征在于，所述聚醚醚酮材料的基材采用威格斯450，辅料采用玻纤和碳纤，玻纤和碳纤比例之和小于45％；注塑的过程中的温度保持在390度，压力保持在30MPa。

3.如权利要求1或2所述的采用超声波焊接的电子芯片封装结构，其特征在于，所述盖板的厚度为1.8mm，焊接结构截面三角形的高度为0.6mm，底边长度为0.7mm。

4.如权利要求3所述的采用超声波焊接的电子芯片封装结构，其特征在于，所述盒体焊接结构截面三角形的高度为0.6mm，底边长度为0.7mm，盖板和盒体焊接结构的中心距分别为8mm和7mm，盖板的外径为17.4mm，盒体的外径为20mm，盒体第一个空腔的内径为18mm。

5.如权利要求1所述的采用超声波焊接的电子芯片封装结构，其特征在于，盒体底部的锥度为2°。