CN115602637A - 一种替代sop-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种替代SOP‑08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳及其制备方法，外壳包括壳体、底板、盖板、钼片压焊区、陶瓷绝缘体、可伐包铜芯引线和陶瓷承托片，底板和盖板分别封装在壳体的底部和顶部，所述陶瓷承托片焊接在底板上，陶瓷绝缘体通过组装设备镶嵌在壳体上并通过焊接实现密封，陶瓷绝缘体为一整体且开有多个引线孔，伐合金包铜芯引线穿过引线孔连接壳体内外并通过焊接实现密封，解决了SOP‑08陶瓷封装材料为氧化铝陶瓷，自身强度较差，且通过内部印刷线路进行信号传输，电阻、热阻较高，不适应大电流的使用需求以及封装外壳组装效率低组装质量稳定性不高等问题。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷封装技术领域，尤其涉及一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳及其制备方法。
背景技术
目前军用、民用等光通讯领域大量需求SOP-08系列的标准尺寸器件产品，要求低电阻、低热阻、耐冲击性能好、可靠性高等特点，其中金属陶瓷外壳是采用金属材料为主体，带孔高温共烧氧化铝陶瓷为绝缘子，金属引线作为线路导通，金属与氧化铝陶瓷组成的外壳强度和导电、散热性能明显高于纯陶瓷结构，因此采用金属陶瓷外壳可靠性能更高；
授权公告号为CN103247542B的一篇中国发明专利公开了一种集成电路陶瓷封装外壳引出端的制作方法及专用引线框架，框架包括外框和引线引线外端连接外框，引线内端与陶瓷外壳上的焊盘一一对应，引线的内端留在焊盘上形成凸起形成引出端，确保引线与焊盘焊接时的定位方便准确，利用外框实现直接挂镀，降低细节距外壳制造工艺复杂度，提高效率，提升产品质量；
授权公告号为CN 105977216 B的一篇中国发明专利公开了小型化气密性无引线陶瓷封装结构，包括陶瓷外壳、粘片胶、硅片、键合丝和盖板；硅片通过粘片胶安装在腔体结构底部的粘芯区，封口环、上陶瓷层、下陶瓷层和焊盘层从上往下依次设置，盖板设置在封口环顶部，键合丝连接硅片与金属化层，该气密性无引线封装的外形更小；
但是上述的封装结构外壳强度和导电、散热性能不够好，使用可靠性能不高，并且外壳组装大都是人工完成，组装效率低且组装质量不稳定。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术的不足之处，针对现有的氧化铝陶瓷，由于自身强度较差，且通过内部印刷线路进行信号传输，电阻、热阻较高，不适应大电流的问题，提供一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳。
针对上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳，包括壳体、底板、盖板、钼片压焊区、陶瓷绝缘体、可伐包铜芯引线和陶瓷承托片，所述底板和盖板分别封装在壳体的底部和顶部，所述陶瓷承托片焊接在底板上，所述陶瓷绝缘体通过组装设备镶嵌在壳体上并通过焊接实现密封，所述陶瓷绝缘体为一整体且开有多个引线孔，所述伐合金包铜芯引线穿过引线孔连接壳体内外并通过焊接实现密封。
作为一种优选，所述钼片压焊区位于壳体内部且钼片压焊区沿壳体横向延伸。
作为一种优选，所述陶瓷绝缘体为氧化铝高温共烧陶瓷。
作为一种优选，所述陶瓷绝缘体及陶瓷承托片上需要焊接密封的部位设有表面金属化层，所述表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，所述钨浆层在陶瓷绝缘体制备过程中印刷，所述镀镍层在陶瓷绝缘体制备成形后进行且镀镍层厚度≥3μm。
作为一种优选，所述壳体、盖板材质为可伐合金，所述底板材质为钨铜，所述壳体、底板、盖板、钼片压焊区及可伐包铜芯引线需要焊接的部分均镀镍，所述镀镍层厚度≥3μm。
作为一种优选，所述外壳金属表面镀有一层金且镀金层厚度≥ 0.5μm。
本发明还提供一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳的制备方法，其步骤依次包括：
S1、将氮氢气氛保护链式烧结炉升温至银铜焊料的焊接温度，通入氮氢混合气保护气体，预热一段时间；
S2、将底板与壳体、陶瓷承托片与钼片压焊区及陶瓷绝缘体与可伐包铜芯引线分别焊接在一起，在陶瓷绝缘体和陶瓷承托片上需要焊接密封的部位设置表面金属化层，表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，钨浆层在陶瓷绝缘体制备过程中印刷，镀镍层在陶瓷绝缘体制备成形后进行；
S3、陶瓷绝缘体通过组装设备镶嵌在壳体上并通过焊接实现密封；
S4、将S2中焊接形成的各部分进行总装焊接组装在一起，形成金属陶瓷外壳；
进一步优选的技术方案在于：S3中，所述组装设备的结构包括传输带，设置在所述传输带两侧的回转单元，设置在所述回转单元上的承载单元及设置在承载单元上的夹持单元，设置在传输带上方的导向单元，设置在夹持单元上的限位单元。
进一步优选的技术方案在于：所述回转单元包括回转链条a和回转链条b，所述承载单元包括设置在回转链条a和回转链条b上的承载座，设置在回转链条b上承载座的框架，滑动设置在框架上的横杆 a，滑动设置在横杆a上的竖杆a，固定连接在横杆a一侧的滑套，固定连接在滑套另一侧的横杆b，滑动设置在横杆b上的竖杆b。
进一步优选的技术方案在于：所述夹持单元包括转动设置在滑套上的齿轮a和齿轮b，与齿轮b相啮合的齿条a和齿条b，设置在竖杆a和竖杆b上的夹板，连接在竖杆b和竖杆a上的缸体，开设在夹板上的腔室及滑动设置在腔室上的若干个夹持块、连接在腔室和缸体的气管，所述导向单元包括设置在传输带上方的导向板，连接在横杆 a上端的导向柱，连接在导向板上的第一齿条和第二齿条，滑动设置在滑套上的下压杆，及连接在下压杆下端的活塞，所述第一齿条、第二齿条与齿轮a相啮合，所述活塞滑动设置在缸体内，所述限位单元包括连接在下压杆上的方锥杆，连接在滑套上的限位板，滑动设置在限位板四侧的限位杆。
本发明的有益效果在于：
1.本发明设置有回转单元和承载单元，壳体放置在传输带上，陶瓷绝缘体和可伐包铜芯引线放置在回转链条a和回转链条b上，并进行同步运转，当陶瓷绝缘体与可伐包铜芯引线通过人工焊接在一起成为一个整体后，通过放置在承载座上起到对其进行承载定位的作用，保证可伐包铜芯引线能够准确的与陶瓷绝缘体进行镶嵌。
2.本发明设置有夹持单元、导向单元和限位单元，壳体与陶瓷绝缘体同步进行传输过程中，齿条a和齿条b分别进行顺时针和逆时针转动，推动竖杆a和竖杆b向壳体两侧开设的开口处延伸，直至带动夹板靠近可伐包铜芯引线的另一端，活塞在下降的过程中将缸体内的气体输入至腔室内，对可伐包铜芯引线夹持，同时当下压杆在下降时带动方锥杆下降从而推动限位杆向壳体方向滑动，对壳体限位，通过气体产生气压的方式对可伐包铜芯引线进行夹持，有利于控制夹持力度，防止破坏可伐包铜芯引线；
继续传输拉动可伐包铜芯引线穿过壳体上的开口嵌于壳体上，夹持块松开可伐包铜芯引线，此时，导向柱经过导向板后半段时带动横杆a、横杆b和滑套沿着框架方向上升至壳体外进行复位，通过此设备可达到可伐包铜芯引线自动镶嵌于壳体上，加快工作效率，此外，位于下端的夹板通过扭簧连接，防止夹板在上升脱离可伐包铜芯引线时卡死，机械式的夹持牵引组装精度高稳定性好，保证批量产品的质量可靠。
综上所述，本发明具有产品强度和导电、散热性能好，使用可靠性高，产品组装过程中效率高，组装质量稳定等功能，适用于陶瓷封装技术领域。
附图说明
图1为组装设备的结构示意图；
图2金属陶瓷外壳不加盖板的立体结构示意图；
图3为是金属陶瓷外壳加盖板时的剖面结构示意图；
图4为承载单元的结构示意图；
图5为限位单元的结构示意图；
图6为导向柱带动夹板下降至壳体开口处时的状态示意图；
图7为齿轮a在传输中与第一齿条相啮合时的状态示意图；
图8为齿轮b与齿条a和齿条b相啮合时的状态示意图；
图9为夹持块夹持且限位杆对壳体进行限位时的状态示意图；
图10为图9中A处放大图；
附图中，各标号所代表的部件如下：壳体1、底板2、盖板3、钼片压焊区4、陶瓷绝缘体5、可伐包铜芯引线6、陶瓷承托片7、组装设备8、传输带801、回转单元9、承载单元10、夹持单元11、导向单元12、限位单元13、回转链条a901、回转链条b902、承载座 101、框架102、横杆a103、竖杆a104、滑套105、横杆b106、竖杆 b107、齿轮a111、齿轮b112、齿条a113、齿条b114、夹板115、缸体116、腔室117、夹持块118、气管119、导向板121、导向柱122、第一齿条12/3、第二齿条124、下压杆125、活塞126、方锥杆131、限位板132、限位杆133。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。
实施例一
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1至图8所示，一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳，包括壳体1、底板2、盖板3、钼片压焊区4、陶瓷绝缘体5、可伐包铜芯引线6和陶瓷承托片7，底板2和盖板3分别封装在壳体1 的底部和顶部，陶瓷承托片7焊接在底板2上，陶瓷绝缘体5通过组装设备8镶嵌在壳体1上并通过焊接实现密封，陶瓷绝缘体5为一整体且开有多个引线孔，伐合金包铜芯引线6穿过引线孔连接壳体1内外并通过焊接实现密封，将底板2和盖板3通过焊接封装在壳体1的底部和顶部，伐合金包铜芯引线6通过模具进行压弯后焊接于陶瓷绝缘体5上。
如图1所示，钼片压焊区4位于壳体1内部且钼片压焊区4沿壳体1横向延伸。
如图1所示，陶瓷绝缘体5为氧化铝高温共烧陶瓷；陶瓷绝缘体 5采用氧化铝高温共烧陶瓷，抗弯强度可达400MPa，体电阻≥1×1012Ω(500VDC测试)，满足高可靠器件对于外壳机械强度和绝缘性能的要求。
如图1所示，陶瓷绝缘体5及陶瓷承托片7上需要焊接密封的部位设有表面金属化层，表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，钨浆层在陶瓷绝缘体制备过程中印刷，镀镍层在陶瓷绝缘体5制备成形后进行且镀镍层厚度≥3μm。
如图1所示，壳体1、盖板3材质为可伐合金，底板2材质为钨铜，壳体1、底板2、盖板3、钼片压焊区4及可伐包铜芯引线6需要焊接的部分均镀镍，镀镍层厚度≥3μm。
如图1所示，外壳金属表面镀有一层金且镀金层厚度≥0.5μm。
与传统SOP-08纯陶瓷封装外壳相比：本发明由于以金属材料为主体，整体强度更高，散热性能更好；主要连接区域均以焊接形式完成，密封性能更佳；主要导电线路为金属引线，电阻值更低；结合 01与03的优点，本发明能够更好的满足大电流芯片的使用需求，可靠性更佳；一体式陶瓷绝缘体配合金属引线穿插焊接的结构，能够有效控制引线节距及平行度，同时，降低装配及焊接难度，提升生产效率。
为保证产品长期可靠性，产品成型后做过多次有关匹配的试验，包括2000h功率老炼试验，100次热冲击(液体-液体)试验(-55℃～ 125℃)，500次温度(-65℃～175℃)冲击试验，10000次间歇寿命试验等各项试验考核合格，从而证明产品的高可靠性满足国家军用标准要求。
实施例2
如图1至图8所示，一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳的制备方法，包括以下步骤：
S1、将氮氢气氛保护链式烧结炉升温至银铜焊料的焊接温度，通入氮氢混合气保护气体，预热一段时间。
S2、将底板2与壳体1、陶瓷承托片7与钼片压焊区4及陶瓷绝缘体5与可伐包铜芯引线6分别焊接在一起，在陶瓷绝缘体5和陶瓷承托片7上需要焊接密封的部位设置表面金属化层，表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，钨浆层在陶瓷绝缘体5制备过程中印刷，镀镍层在陶瓷绝缘体5制备成形后进行。
S3、陶瓷绝缘体5通过组装设备8镶嵌在壳体1上并通过焊接实现密封。
S4、将S2中焊接形成的各部分进行总装焊接组装在一起，形成金属陶瓷外壳。
如图1所示，S3中，组装设备8的结构包括传输带801，设置在传输带801两侧的回转单元9，设置在回转单元9上的承载单元10 及设置在承载单元10上的夹持单元11，设置在传输带801上方的导向单元12。
如图1所示，回转单元9包括回转链条a901和回转链条b902，承载单元10包括设置在回转链条a901和回转链条b902上的承载座101，设置在回转链条b902上承载座101的框架102，滑动设置在框架102上的横杆a103，滑动设置在横杆a103上的竖杆a104，固定连接在横杆a103一侧的滑套105，固定连接在滑套105另一侧的横杆 b106，滑动设置在横杆b106上的竖杆b107，当陶瓷绝缘体5与可伐包铜芯引线6通过人工焊接在一起成为一个整体后，通过放置在承载座101上起到对其进行承载定位的作用。
如图1所示，夹持单元11包括转动设置在滑套105上的齿轮a111 和齿轮b112，与齿轮b112相啮合的齿条a113和齿条b114，设置在竖杆a104和竖杆b107上的夹板115，连接在竖杆b107和竖杆a104 上的缸体116，开设在夹板115上的腔室117及滑动设置在腔室117 上的若干个夹持块118、连接在腔室117和缸体116的气管119，导向单元12包括设置在传输带801上方的导向板121，连接在横杆a103 上端的导向柱122，连接在导向板121上的第一齿条123和第二齿条 124，滑动设置在滑套105上的下压杆125，及连接在下压杆125下端的活塞126，第一齿条123、第二齿条124与齿轮a111相啮合，活塞126滑动设置在缸体116内，限位单元13包括连接在下压杆125 上的方锥杆131，连接在滑套105上的限位板132，滑动设置在限位板132四侧的限位杆133；
当壳体1与陶瓷绝缘体5同步进行传输时，导向柱122经过导向板121从高到底的前半段时，带动横杆a103、横杆b106和滑套105 沿着框架102方向下降至壳体1内；
随后在继续传输的过程中，齿轮a111经过第一齿条122进行顺时针转动，从而带动齿轮b112顺时针转动，齿条a113和齿条b114 分别进行顺时针和逆时针转动，推动竖杆a104和竖杆b107向壳体1 两侧开设的开口处延伸，直至带动夹板115靠近可伐包铜芯引线6的另一端，此时，下压杆125在导向板121的作用下带动活塞126向下降的过程中将缸体116内的气体通过气管119输入至腔室117内，从而将夹持块118推出夹板115中，对可伐包铜芯引线6进行夹持，同时当下压杆125在下降时带动方锥杆131下降从而推动限位杆133向壳体1方向滑动，对壳体1进行限位，通过气体产生气压的方式对可伐包铜芯引线6进行夹持，有利于控制夹持力度，防止破坏可伐包铜芯引线6；
当夹持块118完成夹持动作后，在传输的路径上齿轮a111经过第二齿条123进行逆时针转动，从而带动齿轮b112逆时针转动，齿条a113和齿条b114分别进行逆时针和顺时针转动，拉动竖杆a104 和竖杆b107向壳体1内部延伸并使可伐包铜芯引线6穿过壳体1上的开口嵌于壳体1上，此时，下压杆125经过导向板121从底到高的后半段时在上升的过程中带动活塞126上升将腔室117内的气体抽回至缸体116内，使夹持块118松开可伐包铜芯引线6，此时，导向柱 122经过导向板121后半段时带动横杆a103、横杆b106和滑套105 沿着框架102方向上升至壳体1外进行复位，通过此设备可达到可伐包铜芯引线6自动镶嵌于壳体1上，加快工作效率，此外，位于下端的夹板115通过扭簧连接，防止夹板115在上升脱离可伐包铜芯引线 6时卡死。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前后”、“左右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
当然在本技术方案中，本领域的技术人员应当理解的是，术语“一”应理解为“至少一个”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
以上结合附图所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可作出各种变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，都不会影响本发明实施的效果和实用性。
Claims (10)
1.一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳，其特征在于：包括壳体(1)、底板(2)、盖板(3)、钼片压焊区(4)、陶瓷绝缘体(5)、可伐包铜芯引线(6)和陶瓷承托片(7)，所述底板(2)和盖板(3)分别封装在壳体(1)的底部和顶部，所述陶瓷承托片(7)焊接在底板(2)上，所述陶瓷绝缘体(5)通过组装设备(8)镶嵌在壳体(1)上并通过焊接实现密封，所述陶瓷绝缘体(5)为一整体且开有多个引线孔，所述伐合金包铜芯引线(6)穿过引线孔连接壳体(1)内外并通过焊接实现密封。
2.根据权利要求1所述的一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳，其特征在于：所述钼片压焊区(4)位于壳体(1)内部且钼片压焊区(4)沿壳体(1)横向延伸。
3.根据权利要求1所述的一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳，其特征在于：所述陶瓷绝缘体(5)为氧化铝高温共烧陶瓷。
4.根据权利要求1所述的一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳，其特征在于：所述陶瓷绝缘体(5)及陶瓷承托片(7)上需要焊接密封的部位设有表面金属化层，所述表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，所述钨浆层在陶瓷绝缘体(5)制备过程中印刷，所述镀镍层在陶瓷绝缘体(5)制备成形后进行且镀镍层厚度≥3μm。
5.根据权利要求1所述的一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳，其特征在于：所述壳体(1)、盖板(3)材质为可伐合金，所述底板(2)材质为钨铜，所述壳体(1)、底板(2)、盖板(3)、钼片压焊区(4)及可伐包铜芯引线(6)需要焊接的部分均镀镍，所述镀镍层厚度≥3μm。
6.根据权利要求1所述的一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳，其特征在于：所述外壳金属表面镀有一层金且镀金层厚度≥0.5μm。
7.一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳的制备方法，包括以下步骤：
S1、将氮氢气氛保护链式烧结炉升温至银铜焊料的焊接温度，通入氮氢混合气保护气体，预热一段时间。
S2、将底板(2)与壳体(1)、陶瓷承托片(7)与钼片压焊区(4)及陶瓷绝缘体(5)与可伐包铜芯引线(6)分别焊接在一起，在陶瓷绝缘体(5)和陶瓷承托片(7)上需要焊接密封的部位设置表面金属化层，表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，钨浆层在陶瓷绝缘体(5)制备过程中印刷，镀镍层在陶瓷绝缘体(5)制备成形后进行。
S3、陶瓷绝缘体(5)通过组装设备(8)镶嵌在壳体(1)上并通过焊接实现密封。
S4、将S2中焊接形成的各部分进行总装焊接组装在一起，形成金属陶瓷外壳。
8.根据权利要求7所述的一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳的制备方法，其特征在于：S3中，所述组装设备(8)的结构包括传输带(801)，设置在所述传输带(801)两侧的回转单元(9)，设置在所述回转单元(9)上的承载单元(10)及设置在承载单元(10)上的夹持单元(11)，设置在传输带(801)上方的导向单元(12)，设置在夹持单元(11)上的限位单元(13)。
9.根据权利要求8所述的一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳的制备方法，其特征在于：所述回转单元(9)包括回转链条a(901)和回转链条b(902)，所述承载单元(10)包括设置在回转链条a(901)和回转链条b(902)上的承载座(101)，设置在回转链条b(902)上承载座(101)的框架(102)，滑动设置在框架(102)上的横杆a(103)，滑动设置在横杆a(103)上的竖杆a(104)，固定连接在横杆a(103)一侧的滑套(105)，固定连接在滑套(105)另一侧的横杆b(106)，滑动设置在横杆b(106)上的竖杆b(107)。
10.根据权利要求8所述的一种替代SOP-08纯陶瓷封装的金属陶瓷外壳的制备方法，其特征在于：所述夹持单元(11)包括转动设置在滑套(105)上的齿轮a(111)和齿轮b(112)，与齿轮b(112)相啮合的齿条a(113)和齿条b(114)，设置在竖杆a(104)和竖杆b(107)上的夹板(115)，连接在竖杆b(107)和竖杆a(104)上的缸体(116)，开设在夹板(115)上的腔室(117)及滑动设置在腔室(117)上的若干个夹持块(118)、连接腔室(117)和缸体(116)的气管(119)，所述导向单元(12)包括设置在传输带(801)上方的导向板(121)，连接在横杆a(103)上端的导向柱(122)，连接在导向板(121)上的第一齿条(123)和第二齿条(124)，滑动设置在滑套(105)上的下压杆(125)，及连接在下压杆(125)下端的活塞(126)，所述第一齿条(123)、第二齿条(124)与齿轮a(111)相啮合，所述活塞(126)滑动设置在缸体(116)内，所述限位单元(13)包括连接在下压杆(125)上的方锥杆(131)，连接在滑套(105)上的限位板(132)，滑动设置在限位板(132)四侧的限位杆(133)。
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