CN113210609A - 一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,包括以下步骤:S1、根据设计图纸进行三维建模,绘制图纸;S2、根据绘制的图纸,采用粉末冶金或喷射成型的方式制备封装材料基体;S3、根据绘制的图纸,采用精密数控加工方式加工封装材料基体形成封装体;S4、根据封装结构表面处理要求,采用化镀或电镀的方式使用镀层金属对封装体进行表面镀涂,获得一体化微波盒体封装结构。本发明采用粉末冶金或喷射成型、精密数控机加、化镀或电镀的工艺路线,制作出一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装结构。
Description
技术领域
本发明涉及微波组件盒体封装技术领域,具体涉及一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法。
背景技术
电子设备的小型化需求致使电子组件从元器件、基板、封装结构等方面全面提升集成密度。各种小型化器件、多功能基板、三维堆叠互联等新技术不断被开发出来。对于微波组件而言,还有各种不同的封装结构、封装方法也层出不穷。
现有微波组件的封装材料一般都是采用单一材料,如柯阀合金、紫铜、铝合金、高硅铝合金、碳化硅铝复合材料等,来满足封装盒体和封装基板材料的热膨胀系数需求。对于功能复杂的微波组件,其中会包含几种不同热膨胀系数的基板或芯片,此时就需要采用钎焊或粘接的方式将过渡层连接到封装盒体上,再将基板或芯片连接到过渡层上,以起到热膨胀系数匹配的作用,从而保证微波组件整体的可靠性。如西安明科微电子材料有限公司生产申请的《超低热膨胀铝碳化硅电子封装基板或外壳材料复合物及制备产品的方法》(CN200710018293.6)只能解决低热胀系数芯片组装的可靠性问题。中国电子科技集团第二十九研究所申请的《一种一体化盒体封装结构及其制作方法》(CN202010736665.4)是采用柯阀合金为基体,将多芯连接器烧结在盒体上形成一体化盒体,本质上还是单一成分材料,只能解决特定热膨胀系数芯片组装的可靠性问题。其它针对封装结构的专利其封装基体均是单一材料,有的单一材料无法实现可靠密封时,会利用焊接的方式将易焊接材料焊接到封装材料上,来实现封装功能。如合肥圣达电子科技实业有限公司申请的《一种高导热微波TR组件封装外壳及其加工方法》(CN202010717391.4)就是讲钼铜合金和柯阀合金结合起来实现封装功能,其封装本体钼铜合金本质上还是单一成分材料。
现有技术在组装复杂微波组件时,封装盒体只能保证一种基板或芯片的直接连接可靠性,其它与封装盒体热膨胀系数不匹配的芯片、基板等只能通过连接过渡层的方式来保证连接可靠性。现有技术在复杂微波组件组装时存在多温度梯度组装、工艺过程复杂等困难,对于特定结构有不能实现封装的问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法解决了无法确保复杂微波组件地高密度、高可靠性集成,实现复杂微波组件的一体化封装需求的问题。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:S1、根据设计图纸进行三维建模,绘制图纸;
S2、根据绘制的图纸,采用粉末冶金或喷射成型的方式制备封装材料基体;
S3、根据绘制的图纸,采用精密数控加工方式加工封装材料基体形成封装体;
S4、根据封装结构表面处理要求,采用化镀或电镀的方式使用镀层金属对封装体进行表面镀涂,获得一体化微波盒体封装结构。
进一步地:所述三维建模为使用CATIA或PRO/E等工具绘制1:1三维基体及电路布线模型。
进一步地:所述封装材料为铝合金和热膨胀系数梯度变化的高硅铝合金复合材料或铝合金和热膨胀系数梯度变化的铝基碳化硅复合材料。
进一步地:所述封装材料的制备方法为:采用粉末冶金或喷射成型的方式将不同陶瓷颗粒比例的铝基复合材料制备成一个块整体的封装材料,封装材料上不同区域根据封装需求具有不同的热膨胀系数、导热率和熔焊性能。
进一步地:所述封装材料上热膨胀系数可调范围为1ppm~23ppm,导热率可调范围为110W/m·K~到600W/m·K。
进一步地:所述精密数控加工为根据封装盒体设计要求,采用车削、铣削等机械加工工艺方法,将制备的材料加工成封装盒体。
进一步地:所述化镀为在介质表面经过激光活化处理的部位化学沉积一层金属膜层。
本发明的有益效果为:本发明采用粉末冶金或喷射成型、精密数控机加、化镀或电镀的工艺路线,制作出一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装结构。这种封装结构最大的特点是不同需求部位的热膨胀系数或导热率在一定范围内可调,可满足不同热膨胀系数的电路片、芯片和封装元器件直接可靠连接在封装体上的需求,从而实现复杂微波组件的高可靠、一体化和高密度封装。
本发明可简化复杂微波组件的组装工艺过程,同时实现微波组件的轻量化和高的功能体积比。对于高密度集成微波组件的封装结构设计和微组装实现具有极大促进作用。
附图说明
图1为本发明流程图;
图2为本发明中一体化微波盒体封装结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示,一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,包括以下步骤:
S1、根据设计图纸进行三维建模,绘制图纸;
S2、根据绘制的图纸,采用粉末冶金或喷射成型的方式制备封装材料基体;
S3、根据绘制的图纸,采用精密数控加工方式加工封装材料基体形成封装体;
S4、根据封装结构表面处理要求,采用化镀或电镀的方式使用镀层金属对封装体进行表面镀涂,获得一体化微波盒体封装结构。
本发明的核心思想是采用粉末冶金或喷射成型、精密数控机加、化镀或者电镀的工艺路线,制作出热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装结构。
可选地,本发明中所述封装材料是铝合金和热膨胀系数梯度变化的高硅铝合金复合材料或铝合金和热膨胀系数梯度变化的铝基碳化硅复合材料。
可选地,本发明所述镀层金属可以是金、银、铜、镍等中的一种或者几种的组合。
基于上述封装材料和金属镀层材料,本发明提供了一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装结构的制备方法。该方法依靠下述工艺过程实现:三维建模、材料制备、精密数控机加工、化镀或者电镀。
所述三维建模,是指使用CATIA或PRO/E等工具绘制1:1三维基体及电路布线模型。
所述材料制备,是指采用粉末冶金或喷射成型的方式将不同陶瓷颗粒比例的铝基复合材料制备成一个块整体的封装材料,封装材料上不同区域根据封装需求具有不同的热膨胀系数、导热率和熔焊性能。具体包括:
1)封装材料上热膨胀系数可调范围从1ppm~23ppm。导热率可调范围从110W/m·K~到600W/m·K。
2)封装体上有强度需求的部位采用5系铝合金制备;
3)封装体上盖板激光焊接密封处优选6063或6061铝合金,也可选取硅颗粒含量50%以下的高硅铝合金,同时要求激光焊接密封层材料厚度不小于1.5mm。
4)高热胀系数材料包裹低热胀系数材料,在可选择范围内热膨胀系数差不受限制;
5)低热胀系数材料包裹高热胀系数材料,热膨胀系数差不超过6ppm;
6)外壳是柯伐合金的多芯连接器钎焊部位,热膨胀系数般选择11ppm梯度材料,且连接器周围梯度材料的单边厚度应大于1.5mm;
7)对于硅含量在50%~70%之间的梯度硅铝材料,螺纹孔或通孔边缘距边界最小距离应大于螺纹直径。
所述精密数控机加工,是指根据封装盒体设计要求(包括上述7条要求),采用车削、铣削等机械加工工艺方法,将制备的材料加工成封装盒体。
所述化镀,是指在介质表面经过激光活化处理的部位化学沉积一层金属膜层。
图2所示为热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装结构示意图。图中封装体为一体化整体结构,材料本体在微观上是连续的,没有微观分界面。其上不同的功能区域具有不同的物理性能,主要是热胀系数的不同,如根据微波件的设计需求,封装体上有热膨胀系数2ppm、7ppm、17ppm的区域,这些区域可以直接钎焊相近热彭胀系数的芯片等元器件,以保证芯片等元器件组装的可靠性。在多芯连接器钎焊部位,设计成热膨胀系数11ppm的区域,钎焊多芯连接器后,可保证多芯连接器钎焊的可靠性。在安装提耳部位,设计为5A06铝合金,可保证提耳的安装强度。在封装体密封面,设计为6063铝合金,保证激光焊接密封的可靠性。
这种设计结构不但具有纯金属或纯复合材料简捷的封装结构特点,也具有根据微波件设计和制造需求个性化定制特定区域物理性能的特点。
Claims (8)
1.一种热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、根据设计图纸进行三维建模,绘制图纸;
S2、根据绘制的图纸,采用粉末冶金或喷射成型的方式制备封装材料基体;
S3、根据绘制的图纸,采用精密数控加工方式加工封装材料基体形成封装体;
S4、根据封装结构表面处理要求,采用化镀或电镀的方式使用镀层金属对封装体进行表面镀涂,获得一体化微波盒体封装结构。
2.根据权利要求1所述的热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,其特征在于,所述三维建模为使用CATIA或PRO/E等工具绘制1:1三维基体及电路布线模型。
3.根据权利要求1所述的热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,其特征在于,所述封装材料为铝合金和热膨胀系数梯度变化的高硅铝合金复合材料或铝合金和热膨胀系数梯度变化的铝基碳化硅复合材料。
4.根据权利要求1所述的热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,其特征在于,所述封装材料的制备方法为:采用粉末冶金或喷射成型的方式将不同陶瓷颗粒比例的铝基复合材料制备成一个块整体的封装材料,封装材料上不同区域根据封装需求具有不同的热膨胀系数、导热率和熔焊性能。
5.根据权利要求4所述的热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,其特征在于,所述封装材料上热膨胀系数可调范围为1ppm~23ppm,导热率可调范围为110W/m·K~到600W/m·K。
6.根据权利要求1所述的热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,其特征在于,所述精密数控加工为根据封装盒体设计要求,采用车削、铣削等机械加工工艺方法,将制备的材料加工成封装盒体。
7.根据权利要求1所述的热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,其特征在于,所述镀层金属为金、银、铜、镍中的一种或者几种的组合。
8.根据权利要求1所述的热膨胀系数局部可调的一体化微波盒体封装方法,其特征在于,所述化镀为在介质表面经过激光活化处理的部位化学沉积一层金属膜层。
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