[发明专利]一种陶瓷插针外壳结构及其制造方法

说明书

本发明是陶瓷插针外壳结构及制造方法，其外壳结构是陶瓷件与金属引针之间采用端封与轴封结合的方式。其制造方法，包括如下工艺步骤：1）通过流延，获得氧化铝生瓷带；2）将每层氧化铝生瓷带开孔；3）对最表层、对最底层瓷带进行印刷，获得陶瓷件与外壳框架焊接所需的金属化；4）对最表层瓷带开孔进行挂孔；5）获得单个熟瓷瓷件；6）采用化学镀镍；7）制得半成品外壳；8）制成为成品封装外壳。优点：能够有效提升高可靠电力电子封装外壳的气密可靠性，并且为大规模生产工艺能够保证该类型产品的批量化制备。

技术领域

本发明是一种陶瓷插针外壳结构及其制造方法，乃是针对电力电子用封装外壳的结构与制造方法，属于陶瓷封装技术领域。

背景技术

陶瓷插针外壳广泛应用于电力电子器件的高可靠性封装，如典型的To254、To256系列封装。该类型封装外壳引针一般存在两种类型的封接形式，一种为端封，一种为轴封，两种封接形式在生产过程都存在一定比例气密性问题。

对于端封结构，是通过焊环与瓷件的表层金属化焊接形成面结合，同时引针与焊环间缝隙由银铜焊料填充，形成焊环、瓷件、引针的密封结构。在这种结构中由于瓷件、焊环与引针间热膨胀系数存在差异，在高温焊接升温与冷却过程中焊环与瓷件结合的金属化边缘受力较大，易被焊料拉开，从而造成气密性问题。

对于轴封结构，瓷件的孔内金属化与引针由银铜焊料填充，直接形成气密封接。这种封接形式对孔与引针间的间隙精度要求非常高。过窄的间隙引针无法顺利插入，从而无法组装焊接；过宽的间隙则焊料无法填满，造成焊接孔洞。并且间隙尺寸的稍微波动也会造成焊料量无法精确控制，从而造成气密性问题。

由于电子力电子器件广泛用于军工、轨道交通、汽车等功率转换领域，需求量非常大。因此，提高该类型封装外壳的气密可靠性，有着良好的应用前景与社会效益。

发明内容

本发明提出的是一种陶瓷插针外壳结构及其制造方法，其目的是获得一种高可靠的陶瓷、引针封接结构，解决该类型外壳的气密性问题。

本发明的技术解决方案：陶瓷插针外壳结构，其结构包括外壳框架1、金属引针2、陶瓷瓷件3、焊环4、热沉5、散热片6，其中外壳框架1的底层上是散热片6，外壳框架1的侧面上是陶瓷瓷件3，陶瓷瓷件3外包焊环4，焊环4的端部是金属引针2，外壳框架1的底层端部是热沉5；

所述陶瓷瓷件3与金属引针2之间采用端封与轴封结合的方式，焊环4与陶瓷瓷件3表层金属化形成端封，其气密封接面积大；同时陶瓷瓷件3孔的上层部分孔壁金属化，避免了端封金属化形成的边缘应力，并与金属引针2形成轴封。

该结构方式利用端封气密封接面积大的特点，同时利用轴封焊料下挂减少了单一端封焊接应力大的缺点，避免了单一端封陶瓷金属化开裂及轴封不易焊接造成的气密性问题。

其制造方法，包括如下工艺步骤：

1）通过流延，获得0.15-0.45mm厚度的氧化铝生瓷带；

2）将每层氧化铝生瓷带进行激光开孔或是机械开孔，开出金属引针的穿孔位置；

3）对最表层瓷带进行印刷，获得端封用焊环焊接所需的金属化；对最底层瓷带进行印刷，获得陶瓷件与外壳框架焊接所需的金属化；

4）对最表层瓷带开孔进行挂孔，使孔内壁实现金属化，用于金属引针的轴封；

5）将多层氧化铝生瓷带进行叠片、层压、生切、烧结，获得单个熟瓷瓷件；

6）采用化学镀镍、对瓷件钨金属化进行镀覆，使陶瓷金属化能够进行高温钎焊；

7）将瓷件、引针、焊环、热沉、散热片、框架用银铜焊料经过高温钎焊，进行焊接成型为半成品外壳；

8）将半成品管壳通过电镀镍、电镀金工艺成为成品封装外壳。