金屬殼體封裝技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景

房善璽

【摘 要】隨著電子信息行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，越來越多的金屬元件應(yīng)用于各類電子部件中。目前，應(yīng)用電子元件的行業(yè)涵蓋電子科技、信息工程、國(guó)防軍事、經(jīng)濟(jì)生活等眾多領(lǐng)域，微電子元件已成為當(dāng)下社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。目前，社會(huì)對(duì)微電子元件的需求不斷增加，對(duì)其要求也愈發(fā)嚴(yán)格，同時(shí)對(duì)元件的穩(wěn)定性提出了明確的要求。為此，文章從微電子角度出發(fā)，對(duì)金屬殼體的封裝技術(shù)進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】金屬殼體；封裝技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展前景；微電子

【中圖分類號(hào)】TN405 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）04-0126-02

0 引言

金屬殼體隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，在電子元件中的作用愈發(fā)突出。金屬殼體是為集成電路提供支撐、信號(hào)傳輸及兼顧電子元件的散熱和保護(hù)作用的關(guān)鍵組件，在研究集成電路的可靠性及穩(wěn)定性時(shí)，金屬殼體的作用體現(xiàn)得尤為明顯。因此，研究金屬殼體的封裝技術(shù)對(duì)于提升集成電路技術(shù)水平具有重要意義。本文首先研究金屬殼體的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，探討了當(dāng)下金屬殼體封裝技術(shù)的現(xiàn)狀與形式，然后介紹了金屬外殼封裝的工藝流程，最后將重點(diǎn)敘述新材料在封裝技術(shù)中的應(yīng)用。

1 金屬外殼封裝

信息技術(shù)的快速發(fā)展使集成電路的使用量急速增長(zhǎng)，人們對(duì)集成電路外殼的封裝研究也不斷深入。電子元件的金屬外殼（如圖1所示）的主要作用是為集成電路提供必要的電路支撐，同時(shí)具有信號(hào)傳輸作用，并且伴隨著集成電路的發(fā)展，外殼具備了散熱的作用?？傊饘偻鈿?duì)于集成電路而言極為重要，對(duì)其可靠性、穩(wěn)定性及成本均有一定的影響。

2 金屬殼體封裝技術(shù)的現(xiàn)狀與形式

2.1 平臺(tái)插入式金屬封裝

這種金屬封裝主要由2個(gè)部分組成（如圖2所示），一部分為管座，一部分為管帽，通過焊接的方式將管座與管帽進(jìn)行對(duì)接，多數(shù)電子生產(chǎn)企業(yè)在金屬封裝過程中主要應(yīng)用該方法。

2.2 腔體插入式金屬封裝

這種金屬封裝（如圖3所示）由腔體式管座、底座及蓋板組成。在封裝時(shí)，將腔體式管座與蓋板進(jìn)行平行焊接，使兩者間無縫隙，從而加強(qiáng)金屬封裝的密封性和可靠性。除直接焊接外，該封裝技術(shù)也可利用激光焊接技術(shù)，但蓋板部分采用的是臺(tái)階蓋板，而非普通蓋板。

2.3 扁平式金屬封裝

該金屬封裝技術(shù)與前兩類封裝方式不同（如圖4所示），首先其管座形式為蝶形，因此在焊接時(shí)往往采用平行焊接的方式；為了加強(qiáng)管座與蓋板的密封性，平行焊接的時(shí)間長(zhǎng)于其他方式。如果采用激光焊接方式，則需要提高臺(tái)階蓋板與蝶形管座的密封性，通過將蝶形管座的兩側(cè)打孔，加固兩者間的關(guān)系。

2.4 圓形金屬封裝

該金屬封裝技術(shù)在金屬封裝方式中應(yīng)用較廣（如圖5所示），其利用圓形的特性使圓形管座與蓋板無縫連接。因此，此種方式的密封性能最好，效果也最佳。

3 金屬外殼封裝的工藝流程

金屬外殼的封裝工藝流程主要包括零件準(zhǔn)備、裝配、燒結(jié)、焊接、鏈接工藝導(dǎo)線、鍍前處理、電鍍、切腳、包裝入庫(kù)等環(huán)節(jié)。在前期的準(zhǔn)備階段需要進(jìn)行零件準(zhǔn)備，其主要包括封裝所用的各種材料，如底板、封框、玻璃珠、引腳、焊料及管帽或蓋板等；在零件準(zhǔn)備完成后，要注意零件的粗糙度，通過對(duì)零件的清洗、脫碳和預(yù)氧化，使零件逐步成型，滿足所需。經(jīng)過處理的零件即可焊接和封裝，并完成最后的金屬殼體加工工程。

4 新材料硅鋁材料和梯度材料在微系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 硅鋁材料和梯度材料應(yīng)用的必要性

傳統(tǒng)的金屬殼體可應(yīng)用銅、鎢、鋼與鋁的合金材料，其中銅的傳導(dǎo)性是最強(qiáng)的，但是其機(jī)械性能較差，即使是銅鋁合金也難以大幅提升銅的機(jī)械性，使銅鋁材料難以長(zhǎng)時(shí)間地應(yīng)用于金屬殼體的封裝技術(shù)中。鎢鋁合金是另一種熱傳導(dǎo)性能極強(qiáng)的材料，其機(jī)械性能較強(qiáng)，但是此種材料的價(jià)格極為昂貴，如果大規(guī)模的應(yīng)用則會(huì)提升其供應(yīng)價(jià)格，難以滿足市場(chǎng)對(duì)金屬殼體的需求。鋼鋁合金的熱性能較差，因此利用率較低。

4.2 硅鋁材料和梯度材料應(yīng)用的可行性分析

鋁及其合金重量輕、價(jià)格低、易加工，具有很高的熱導(dǎo)率，是常用的封裝材料，通?？梢宰鳛槲⒉呻娐罚∕IC）的殼體。鋁與硅結(jié)合后形成傳熱性好、耐用性強(qiáng)的金屬材料。梯度材料是新時(shí)代發(fā)展下的高新材料，是近年來在國(guó)家倡導(dǎo)下發(fā)展的綠色環(huán)保材料之一，科研機(jī)構(gòu)對(duì)其開展了廣泛的研究。

一般來說，復(fù)合材料中分散相是均勻分布的，整體材料的性能是統(tǒng)一的，但是在有些情況下，人們希望同一件材料的兩側(cè)具有不同的性質(zhì)或功能，又希望不同性能的兩側(cè)結(jié)合得完美，從而在苛刻的使用條件下不會(huì)因性能不匹配而發(fā)生破壞。由于當(dāng)下金屬材料難以滿足高精尖技術(shù)的發(fā)展，因此利用非金屬材料成為當(dāng)下的發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)內(nèi)人士將金屬和陶瓷聯(lián)合起來使用，用陶瓷去對(duì)付高溫，用金屬來對(duì)付低溫。但是，用傳統(tǒng)的技術(shù)將金屬和陶瓷結(jié)合起來時(shí)，由于二者的界面熱力學(xué)特性匹配較差，在極大的熱應(yīng)力作用下還是會(huì)遭到破壞。為此，如何加強(qiáng)梯度材料的應(yīng)用成為未來金屬殼體封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)金屬殼體封裝技術(shù)的研究，明確今后的殼體金屬以硅鋁材料和梯度材料為主，既能滿足需求，又能實(shí)現(xiàn)環(huán)保。因此，在未來加強(qiáng)新型材料在金屬殼體中的應(yīng)用將是必然趨勢(shì)。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]