一种微波大功率管外壳的制造方法技术

本发明专利技术是一种微波大功率管外壳的制造方法，利用现有商品化的钨铜、钼铜或其他铜基复合材料双面覆盖铜箔片，在外壳半成品的钎焊过程中同步形成三明治结构的铜基复合材料“Cu-Laminate”热沉。优点：保证了钎焊后的外壳处于强度安全的应力状态，同时热导率比单独使用芯层合金至少提高10%。按照本发明专利技术所述工艺路线和方法制作的外壳，其散热能力、气密性和长期可靠性能够满足高功率密度微波大功率器件的封装需求。由于形成“Cu-Laminate”热沉所使用的芯层材料为成熟的商品化的钨铜、钼铜材料，因此，更具成本优势并能大幅度降低材料采购风险。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是，利用现有商品化的钨铜、钼铜或其他铜基复合材料双面覆盖铜箔片，在外壳半成品的钎焊过程中同步形成三明治结构的铜基复合材料“Cu-Laminate”热沉。优点：保证了钎焊后的外壳处于强度安全的应力状态，同时热导率比单独使用芯层合金至少提高10%。按照本专利技术所述工艺路线和方法制作的外壳，其散热能力、气密性和长期可靠性能够满足高功率密度微波大功率器件的封装需求。由于形成“Cu-Laminate”热沉所使用的芯层材料为成熟的商品化的钨铜、钼铜材料，因此，更具成本优势并能大幅度降低材料采购风险。【专利说明】
本专利技术是，乃是针对封装硅LDMOS功率管或GaN功率管的高功率密度微波外壳的制造方法，属于微波大功率管
。
技术介绍
用于封装硅LDMOS功率管或GaN功率管的微波大功率管外壳通常采用金属热沉焊接陶瓷框结构，二者所形成的气密性腔体为芯片和内部电路提供机械支撑和环境保护。陶瓷框上焊接有金属引线实现输入输出馈电端口和相互隔离。热沉采用高热导率且热膨胀系数与陶瓷匹配的铜基复合材料，成为器件主要的散热通道并保证外壳处于安全可靠的低应力状态。微波大功率管外壳中具有工艺代表性的陶瓷框零件采用高温共烧多层陶瓷(HighTemperature Cofired Ceramic,简称HTCC)工艺制作，因此,此类外壳也被称为多层陶瓷外壳。现有典型的微波大功率管多层陶瓷外壳工艺流程(如图1所示)。现有技术中制作微波大功率管外壳所用的热沉材料主要是铜基复合材料。热沉材料按照其制备工艺方法可分为两类，第一类是熔渗法或粉末冶金法制备的钨铜或钥铜材料，其热导率约为(160?200)W/mK，热膨胀系数在(6?9)X10_6/K之间可调；第二类是采用钎焊、扩散焊或热轧等方法制备的三明治结构的Cu-Mo-Cu材料(简称为CMC材料)、Cu-MoCu-Cu材料(简称为CPC材料)以及Cu-WCu-Cu材料等，有文献中将此类材料称为“ Cu-Laminate，，。第一类钨铜或钥铜材料在电子封装行业已经使用了 20多年以上，技术发展的很成熟，生产厂家众多。但随着器件向小型化和高功率进一步发展，钨铜、钥铜材料的导热性能已不能满足高功率密度的微波大功率管外壳的散热要求。第二类“Cu-Laminate”材料是在第一类材料的基础上发展起来的。它一方面利用了钨铜或钥铜与陶瓷材料热膨胀系数相匹配的特性，另一方面利用了表层铜箔片优良的横向散热能力，因铜的热导率为398W/mK，大约是钨铜的两倍。由于“Cu-Laminate”的优良特性，目前已成为高功率密度的微波大功率管外壳的主流热沉材料。但由于第二类“Cu-Laminate”材料由于出现相对较晚，可供选择的成熟供应商要少得多。制作外壳的现有技术是将“Cu-Laminate”坯料机加工获得的预制零件在钎焊工艺过程中与陶瓷框、引线和封接环等其他零件连接为一体，成为外壳半成品。因此，制作高功率密度的微波大功率管外壳首先要选择并采购到合适的“Cu-Laminate”热沉零件。据了解，日本材料供应商通常使用钎焊方法制备“Cu-laminate”坯料，而国内材料供应商通常采用高温扩散焊或热轧方法制备“Cu-Laminate”还料。制作“Cu-Laminate”还料时，视封装的芯片和相连的陶瓷的热膨胀系数而调节钨、铜和钥、铜之间的比例，以保证不同材料之间相互匹配。由于竞争对手之间商业秘密保护的原因、价格因素以及材料供应商工艺技术水平的差异等多种原因所限，市场上能够选择和直接采购到的“Cu-Laminate”热沉材料尚无法完全研制和生产高功率密度的微波大功率管外壳的需要。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种微波大功率管外壳及制造方法，其目的是获得一种高热导率且热膨胀系数与陶瓷匹配的铜基复合材料，将其用于制作封装微波大功率器件的外壳，既能保证外壳气密性和可靠性，又可以获得优良的散热性能。本专利技术的技术解决方案:，包括如下工艺步骤: 1)准备金属零件，包括尺寸为0.lmmX21.5mmX8.5mm的可伐封接环P1，尺寸为0.lmmX5.1mmX 12.7mm 的可伐引线P2，尺寸为 1.52mmX34.0mmX9.8mm 的钨铜WCul5 片 P5，尺寸为0.5mmX 34.0mmX 9.8mm厚度的无氧铜箔片P6 ； 2)对上述金属零件进行常规的清洗、退火和镀镍处理后待用； 3)按照常规HTCC多层陶瓷工艺制作尺寸为1.2mmX21.7mmX9.8mm壁厚为2.0mm的95%氧化铝陶瓷框P3 ； 4)对95%氧化铝陶瓷框P3进行镀镍后待用； 5)将上述步骤2金属零件和上述步骤4的陶瓷零件按照附图结构，通过使用AgCu28钎焊料在810°C?830°C钎焊为外壳半成品B。其中，外壳热沉部分由WCul5片P5作为芯层，其上下表面覆盖无氧铜箔片P6构成； 6)外壳半成品B经过常规的电镀镍金工序制作成为微波大功率管外壳成品，经过测试和筛选后，用于封装硅LDMOS功率管和GaN功率管。本专利技术的优点: O由于本专利技术中形成“Cu-Laminate”热沉所使用的芯层材料为成熟的商品化的钨铜、钥铜材料，与直接购买“Cu-Laminate”热沉材料相比能够找到更多的材料供应商，因此，更具成本优势并能大幅度降低材料采购风险； 2)形成的“Cu-Laminate”热沉是在外壳钎焊过程中同步形成的，因此，构成“Cu-Laminate”的芯层合金的厚度和表层铜箔片的厚度的优化设计，需要同整个外壳在钎焊过程中，尤其是钎焊冷却过程中的应力应变分析密切结合。保证钎焊后外壳整体处于较低的残余应力状态。【专利附图】【附图说明】图1是现有典型的微波大功率管外壳工艺流程图。图2-1是现有微波大功率管外壳半成品A结构示意图之仰视图。图2-2是现有微波大功率管外壳半成品A结构示意图之主视图。图2-3是现有微波大功率管外壳半成品A结构示意图之左视图。图3是本专利技术所采用的微波大功率管外壳工艺流程图。图4-1是本专利技术微波大功率管外壳半成品B结构的仰视图。图4-2是本专利技术微波大功率管外壳半成品B结构的主视图。图4-3是本专利技术微波大功率管外壳半成品B结构的左视图。图中的P1是可伐封接环；P2是可伐引线；P3是氧化铝陶瓷框；P4是市购三明治结构的铜基复合材料热沉现成零件，材料为铜钥铜(CMC)或铜钨铜铜(Cu-WCu-Cu)或铜钥铜铜(Cu-MoCu-Cu) ；P5是鹤铜WCul5 ；P6是无氧铜箔片。【具体实施方式】对照图4-1、图4-2和图4-3，微波大功率管外壳半成品B，其结构包括可伐封接环P1 ;可伐引线匕；氧化铝陶瓷框P3 ;钨铜WCU15 P5 ;无氧铜箔片P6，其中氧化铝陶瓷框P3之上所焊接的是可伐封接环P1，在可伐封接环P1之上焊接一个金属或陶瓷的盖板，氧化铝陶瓷框P3与其下面所焊接的金属热沉构成上开口的腔体结构，该腔体结构用于容纳GaN或Si微波大功率器件的芯片和内部匹配电路；所述的金属热沉具体为一个芯层为钨铜WCul5 P5,上下表层为无氧铜箔片P6的三明治结构，可伐引线己则是器件中起电连接作用的输入输出接口。外壳使用时，氧化铝陶瓷框P3之上所焊接的可伐封接框P1是起密封作用的，在完成芯片和内部电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波大功率管外壳的制造方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤:1）准备金属零件，包括可伐封接环，可伐引线，钨铜WCu15片，无氧铜箔片；2）对上述金属零件进行常规的清洗、退火和镀镍处理后待用；3）按照常规HTCC多层陶瓷工艺制作尺寸为1.2mm×21.7mm×9.8mm壁厚为2.0mm的95%氧化铝陶瓷框；4）对95%氧化铝陶瓷框进行镀镍后待用；5）将上述步骤2金属零件和上述步骤4的陶瓷零件按照附图结构，通过使用AgCu28钎焊料在810℃～830℃钎焊为微波大功率管外壳半成品（B）；其中，外壳热沉部分由WCu15片作为芯层，其上下表面覆盖无氧铜箔片构成；6）微波大功率管外壳半成品（B）经过常规的电镀镍金工序制作成为微波大功率管外壳成品，经过测试和筛选后，用于封装硅LDMOS功率管和GaN功率管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建，胡进，陈宇宁，程凯，王子良，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：