一种金属和晶体气密性封装的光窗结构制造方法与流程

本发明属于光电子气密性封装领域，具体地说是一种金属和晶体气密性封装的光窗结构制造方法。

背景技术：

在光电子气密性封装领域，有一类产品是由晶体材料例如caf2，mgf2，石英晶体，zns等晶体材料制造的光学透镜或镜片需要和金属管帽或金属腔体组合起来，形成一个用于气密性封装的光窗结构。由于半导体芯片对环境湿气，有害性气体和污染物的敏感性，所以这种器件往往需要气密性的封装，在紫外和中红外区域，常规的光学玻璃材料由于其光学性能的限制，往往不能满足透光率的要求，因此，在紫外区域，通常采用石英玻璃作为透光材料；在中红外区域，通常采用各种非氧化物晶体作为透光材料。

由于石英玻璃的膨胀系数比金属材料低一个数量级，非氧化物晶体材料常常由于比较低的相变温度或者各种不同的热膨胀系数，很难通过玻璃直接封接的方式来完成，所以当前主要的解决方案是采用有机粘胶(例如环氧树脂)结合的方式来完成，而有机粘胶由于不耐高温，容易老化且不能达到真空气密的等级，因此降低了封装部件的可靠性，使用寿命通常较短。

技术实现要素：

所要解决的技术问题：本发明目的在于通过一种新的制备方法解决晶体材料和金属材料气密性封接可靠性的难题。

技术方案

一种金属和晶体气密性封装的光窗结构制造方法,其制造方法包括:

(1)具有腔体的金属成型件:除油清洗、镀镍、烘干；

(2)晶体镜片局部处理：掩膜、化学法腐蚀粗化、粗化部位极化、化学镀镍、电镀锡、烘干、切割分片；

(3)夹具：按照零件尺寸精度加工夹具；

(4)封接：将金属成型件和晶体镜片放置在夹具上，在烧结炉中250-300摄氏度烘烤15-20分钟形成成品。

(5)测试：测试成品的结合强度，并在氦气测漏仪中测试气密性，在热冲击和冷热循环测试仪中测试可靠性。

所述金属成型件材料为可伐合金。

所述晶体镜片为石英玻璃材料。

所述夹具采用石墨材料。

所述金属成型件镀镍厚度1-5微米。

所述晶体镜片经局部掩膜、印刷、腐蚀极化后镀镍1-10微米，然后镀锡1-10微米。

所述将金属成型件和晶体镜片放置在夹具上在烧结炉中300摄氏度烘烤20分钟形成成品。

有益效果：本发明采用了将晶体镜片局部掩膜、腐蚀粗化、电镀的方法形成金属过渡层，然后通过低温锡焊的方法，将晶体光窗和金属成型件之管帽或腔体熔焊的方法来达到气密性封接。

1、本发明不采用传统的玻璃封接的方法，从而有效避免了因材料膨胀系数匹配问题带来的诸多技术难点。

2、本发明采用晶体镜片局部印刷和金属化技术，使得各种不同的材料都能避开高温过程，因为高温过程有可能导致的材料的光学性能劣化。

3、本发明采用软钎焊技术完成金属和晶体镜片的密封性连接，并可灵活选用软钎焊材料，以适应不同使用环境的要求。

附图说明

图1是本发明金属成型件主视图。

图2是本发明金属成型件左视图。

图3是本发明晶体镜片主视图。

图4是本发明晶体镜片左视图。

图5是本发明主视图。

图6是本发明左视图。

图7是本发明放入夹具中示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些例子。以下所述仅为本发明较好的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

现有技术中采用低温玻璃或环氧树脂封装的实验结果见表1：

见图1-7，标号1代表金属成型件，2代表光窗通孔，3代表晶体镜片，4代表晶体镜片局部处理，5代表软钎焊材料，6代表夹具，7代表腔体。

金属和晶体气密性封装的光窗结构制造方法包括:

(1)具有腔体的金属成型件:除油清洗、镀镍、烘干；

(2)晶体镜片局部处理：掩膜、化学法局部腐蚀粗化、粗化部位极化、化学镀镍、电镀锡、烘干、切割分片；

(3)夹具：按照零件尺寸精度加工夹具；

(4)封接：将金属成型件和晶体镜片放置在夹具上，在烧结炉中250-300摄氏度烘烤15-20分钟，在一定的保护气氛下完成封接形成成品。

(5)测试：测试成品的结合强度，并在氦气测漏仪中测试气密性，在热冲击和冷热循环测试仪中测试可靠性。

在一个实施例中，所述金属成型件材料为可伐合金。

在一个实施例中，所述晶体镜片为石英玻璃材料。

在一个实施例中，所述夹具采用石墨材料。

在一个实施例中，所述金属成型件镀镍厚度1-5微米。

在一个实施例中，所述晶体镜片局部经掩膜、印刷、腐蚀极化后镀镍1-10微米，然后镀锡1-10微米。

在一个实施例中，所述将金属成型件和晶体镜片放置在夹具上在烧结炉中300摄氏度烘烤20分钟形成成品。

对本发明实验如下：

表2：材料组成

表3、按照美国军表mil-std-883e的要求达到的性能指标

如图1、2所示，金属成型件采用的材料为方形的可伐合金(kovar4j29)框架，规格为smd5050，正方形边长5毫米，高度1.5毫米，通过精密冲压的方法完成。

如图3、4所示，晶体镜片采用的是石英玻璃材料，厚度0.3毫米，整片的尺寸为100*60mm的长方型片，通过局部掩膜，化学粗化，局部电镀镍和锡，见图3晶体镜片局部处理4标号所标，最终分片成规格为标准的4.0*4.0毫米的独立小片。

如图7所示，夹具采用普通石墨材料，按照要求的尺寸加工成夹具。

实验设备：

印刷机，涂覆机，电镀线，烧结炉，推力计，紫外光谱仪，紫外辐照仪，热冲击仪，冷热循环机，氦气测漏仪等。

工艺过程：

(1)金属成型件经除油清洗后，镀镍厚度1～5微米，烘干备用。

(2)晶体镜片经掩膜、印刷、腐蚀极化后镀镍1～10微米，然后镀锡1～10微米，烘干后备用。

(3)将金属成型件和晶体镜片组合后装在石墨夹具上，在烧结炉中300摄氏度烘烤20分钟，得到本发明成品，如图5、6所示。

上述得到的产品性能测试，得到的结果如表4：

结论：采用本发明制造的可伐和石英晶体气密性封装的光窗经过各项性能测试，性能均满足设计要求。

本发明强调的是一种工艺方法由此带来的产品的创新性能提升，并不局限于某种特定材料，形状和大小和采用何种工艺设备。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。