抗高过载电子器件封装管壳的制作方法

本发明涉及一种电子器件的封装管壳，特别涉及一种抗高过载电子器件封装管壳。

背景技术：

电子器件封装是将一个或多个电子元器件芯片相互电连接，然后封装在一个保护结构中，其目的是为电子芯片提供电连接，机械保护，化学腐蚀保护等。封装技术的发展趋势，就是要封装外形越来越小，功能越来越多，成本越来越低。工业应用的某些传感器产品，出于性能和可靠性的考虑，特别是减少应力影响的考虑，采用空腔封装方法，即将电子芯片通过粘片胶安装在预成型的封装管壳的底板上，键合金属线将芯片的电信号引出封装管壳，最后用盖板密封封装管壳。对于某些电子产品，特别是对那些有方向要求的微型传感器，如mems(micro-electro-mechanicalsystems，微机电)器件加速度计，mems陀螺仪，磁传感器件，光传感器件等，电子元器件芯片被密封在一个封装腔中，使用时需要垂直安装在用户的pcb板上，所以需要垂直安装的焊接或焊盘；另外，为了保证器件在高机械冲击力的环境下能够保持完好，还需要与pcb有足够的安装强度。高机械冲击力也叫做高过载下，例如1～5万g(g为地球引力单位)。以前的方法是用带有金属焊脚的陶瓷或可伐金属-玻璃封装管壳，安装到pcb上时，如果是直插式的金属焊脚，焊接插入pcb的安装孔；如果是弯出式的焊接，则焊脚接到封装壳体投影面积以外的pcb焊盘上。不管如何，带有金属脚的垂直封装管壳有焊脚在测试过程中易变形、体积大、不易自动化安装等问题，现在正在被小型化的无引脚的陶瓷封装管壳代替。无引脚的垂直封装的陶瓷管壳既有水平贴装的焊盘，又有垂直贴装的焊盘。

图1至3展示的是现有技术的垂直贴装管壳的贴装方法，电子器件10的管壳11的y方向垂直于pcb板31，管壳垂直焊脚15通过焊锡16连接到pcb板焊盘17上，焊脚15的水平部15b制作在管壳11的-y方向11d上，与pcb板焊盘17平行；焊脚15的垂直部15a制作在管壳11的+x方向11a和-x方向11b上，与pcb板焊盘17垂直。焊锡16既起到电连接的作用，又起到固定管壳11的作用。水平焊脚13是用于测试或水平贴装用的。在高过载使用环境下，由于x方向为管壳三维的最小尺寸d1，最容易损坏，即存在由pcb传导的沿x方向的高机械冲击力时，管壳11在焊锡16处与pcb脱离。根据物理常识，为抵抗x方向的机械冲击力，管壳的高度h1越小越好，管壳的厚度d1越大越好，焊锡16的越高越宽越好；实际应用中，电子器件10作为用户电子系统的一个部件，体积越小越好，所以管壳厚度d1受到严格的尺寸限制；同样道理，pcb板焊盘17的尺寸也受到限制；因此，在x方向的尺寸受到限制的情况下，为增加抗机械冲击能力，只能在图1中y方向作出改进，即降低管壳高度h1，增加焊锡16的高度；焊锡16的高度取决于垂直焊脚15的垂直部分15a的长度。

但降低管壳高度h1和增加垂直焊脚15a部分的长度是相互矛盾的，如图2所示，管壳11由管壳座12和盖板18构成，盖板18位于管壳开口20中，所以管壳的高度h1由管壳上边墙21的宽度21a、开口20的宽度20a、管壳下边墙22的宽度22a三者构成。垂直焊脚15a部分制作在下边墙22上，决定了下边墙宽度22a。所以现有技术中，增加垂直焊脚15的垂直部分15a的长度，必然增加管壳的总体高度h1；而增加h1意味着管壳的重心升高，不利于增加抗机械冲击能力。

构成管壳高度h1的另外二者中，上边墙宽度21a取决于管壳制造商的加工能力，对陶瓷管壳而言，最小0.2～0.3毫米；开口宽度22a取决于芯片尺寸，图3是现有技术的器件10沿y方向的剖面图，芯片30通过装片胶28固定在管壳底板23上，其电信号通过金属线29连接到位于键合台阶24上的管壳键合焊盘25上，管壳键合焊盘25与水平焊脚13或垂直焊脚15内部相连；盖板18通过密封材料27固定在密封台阶26上，其面积略小于管壳开口20，与管壳座围成一个密封腔19。管壳的键合台阶24、密封台阶26的尺寸是固定的，所以芯片30的尺寸决定了开口20的宽度20a，无法缩小。

总之，现有技术无法在增加垂直焊脚的高度的同时，保持或缩小管壳在y方向的尺寸。

总之，现有技术无法在增加垂直焊脚的高度的同时，保持或缩小管壳在y方向的尺寸。

专利ep0665438a1描述的是一种垂直贴装的加速度计器件，加速度计的mems芯片和asic(application-specific-integrated-circuit，专用集成电路)芯片安装在无引线陶瓷管壳的底板上，通过键合金属线相互连接电信号，陶瓷管壳由可伐金属盖板密封，在陶瓷管壳的一个侧面有二排焊盘，将这些焊盘焊接到pcb板对于位置，就达到了垂直贴装的目的。但可伐金属盖板导电，与侧面焊盘的垂直部分必须有一定的间距以防短路，所以管壳垂直贴装方向的高度无法做得足够小。另外，这种封装管壳如果要抗高过载，必须将垂直贴装方向的焊盘做得做过长，或者管壳水平方向的尺寸足够宽，导致管壳尺寸大，无法满足客户对器件尺寸越来越小的要求。

专利us9278851b2描述的是圆片级封装的垂直贴装mems芯片，即mems芯片不需要陶瓷管壳封装而可以直接垂直贴装在pcb板上，虽然器件尺寸小，但其外壳是si或玻璃材料，非常脆弱，直接焊接在pcb上时不能隔离应力，除了器件零点稳定性、随温度变化的输出信号漂移等性能比陶瓷管壳封装的器件差外，更不能抗高过载。这类封装可以用在消费级电子产品中，高端工业领域无法应用。

专利cn101247709a描述的是通过金属焊脚将电子器件垂直固定在pcb板上，体积大，不抗高过载。

yangzhao等的美国专利us7536909描述的是在封装内部将芯片垂直安装，然后注塑，并不是空腔封装，mems芯片受到的外部应力很大，产品性能较差，一般用于消费级电子产品。

lakshmans.wathanawasam等的美国专利us7176478描述的是形成磁传感芯片垂直安装所需的转换板的方法；小池智之的日本专利“特開平7-27641”描述的是一种压力传感器芯片垂直安装的封装方法。它们都是关于芯片在封装内部垂直安装的方法，没有述及到管壳垂直贴的方法，更没有述及抗高过载的方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种体积较小、抗高过载的抗高过载电子器件封装管壳。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗高过载电子器件封装管壳，包括管壳座和盖板，管壳座侧壁开有三段结构的凹槽，从凹槽开口向管壳座内侧方向依次为盖板槽、键合槽和密封槽，盖板槽、键合槽和密封槽的截面积依次减小，凹槽侧壁形成密封台阶和键合台阶，键合台阶表面设有键合焊盘，将电信号联通到管壳对应的金属焊脚上，键合焊盘与芯片之间键合金属线；盖板与凹槽的密封台阶配合且密封在凹槽开口处，盖板和凹槽内构成容纳电子芯片的密封腔，管壳座的底面和各个侧面上制作有导通电信号的若干水平金属焊脚和若干垂直金属焊脚，与对应键合台阶的键合焊盘有电连接，每个垂直金属焊脚包括水平部和垂直部；

凹槽的盖板槽延伸至管壳座的上端面；

若干垂直金属焊脚包括第一垂直焊脚和第二垂直焊脚，第一垂直焊脚垂直部处于远离凹槽开口的管壳座的侧壁上，第二垂直焊脚的垂直部处于与凹槽开口的同一侧的管壳座侧壁上，第一垂直焊脚的水平部和第二垂直焊脚的水平部都处于管壳底板上，盖板对应第二垂直焊脚位置固定有金属条；

第一垂直焊脚和第二垂直焊脚通过焊锡连接到pcb板焊盘上，每个固定第二垂直焊脚的焊锡包裹第二垂直焊脚和对应的金属条。

采用这样的结构后，本抗高过载电子器件封装管壳在垂直贴装到pcb板时，垂直焊脚通过焊锡焊接pcb的焊盘，将电信号链接到pcb板上；焊锡全面覆盖管壳的第一垂直焊脚、第二垂直焊脚、以及盖板金属条，将电子器件垂直固定在pcb板上。焊锡有足够的高度，可以为电子器件提供足够高的抗机械冲击的固定强度。

本抗高过载电子器件封装管壳的凹槽盖板槽延伸至管壳座的上端面，即达到没有上边墙的效果，下边墙也可以比现有技术短，所以垂直贴装后电子器件的高度比现有技术显著低，也即重心降低，抗机械冲击能力显著提高。

为了更清楚的理解本发明的技术内容，以下将本抗高过载电子器件封装管壳简称为本管壳。

本管壳的金属条下端的延伸出盖板下侧，金属条在管壳座侧壁上投影与第二垂直焊脚的垂直部有部分重叠；采用这样的结构后，可以增加金属条及第二处置焊接与焊锡接触面积，另外金属条与焊锡间的机械连接，提供额外的机械抗冲击能力，保证了电子器件的抗机械冲击能力。

本管壳的金属条与第二垂直焊脚组成复合焊脚，第一垂直焊脚垂直部分上端水平高度不小于复合焊脚上端的水平高度；采用这样的结构后，增加了第一垂直焊脚的高度，进一步增强本管壳的冲击能力。

本管壳的盖板和管壳座均为绝缘材料；采用这样的结构后，满足本管壳设计和技术要求。

附图说明

图1是现有技术的电子器件的垂直贴装示意图。

图2是现有技术的垂直贴装的封装管壳立体示意图。

图3是现有技术的垂直贴装的电子器件的剖面示意图。

图4是本管壳实施例的立体示意图。

图5是本管壳实施例的剖面示意图。

图6是本管壳实施例的垂直贴装示意图。

图7是本管壳实施例管壳座的剖面示意图。

附图标记说明：10-现有技术的垂直贴装的电子器件；11-现有技术的垂直贴装管壳；11a、11b、11c、11d、11e-现有技术的管壳的各个面；12-管壳座；13-水平焊脚；15-垂直焊脚；15a-垂直焊脚垂直部；15b-垂直焊脚水平部；16-焊锡；17-pcb焊盘；18-盖板；19-密封腔；20-管壳开口；20a-开口宽度；21-管壳上边墙；21a-上边墙宽度；22-管壳下边墙；22a-下边墙宽度；23-管壳底板；24-管壳键合台；25-管壳键合焊盘；26-管壳密封台；27-密封材料；28-粘片胶；29-金属键合线；30-芯片；31-pcb板；100-小外形垂直贴装的电子器件；108-金属条、108a-金属条伸出部；111-小外形垂直贴装管壳；111a、111b、111c、111d、111e、111f-管壳的各个面；112-管壳座；113-水平焊脚；115-第一垂直焊脚；115a-第一垂直焊脚垂直部；115b-第一垂直焊脚水平部；215-第二垂直焊脚；115a-第二垂直焊脚垂直部；215b-第一垂直焊脚水平部；118-盖板；119-密封腔；120-管壳开口；120a-开口宽度；122-管壳下边墙；122”-管壳底板局部；122a-下边墙宽度；123-管壳底板；124-管壳键合台；125-管壳键合焊盘；126-第一管壳密封台；140-密封间隙；150-复合焊脚226-第二管壳密封台；h1-现有技术的垂直贴装管壳高度；d1-现有技术的垂直贴装管壳厚度；h2-小外形垂直贴装管壳高度；d2-小外形垂直贴装管壳厚度；h-焊锡高度；w-焊锡宽度。

具体实施方式

图4所示是本发明的抗高过载电子器件封装管壳的立体外观示意图，图中x、y代表垂直两个基准方向。

本管壳111包括管壳座112和盖板118，由陶瓷或塑料材料制作，均为绝缘体；

水平焊脚113呈l形，分布于管壳的右侧面111e、左侧面111f、上侧面111c，以及后侧面111b上，用于测试或水平贴装，第一垂直焊脚115呈l形，其水平(x方向)部分115b分布于管壳的底板111d上，其垂直(y方向)部分115a(未画出)分布于管壳的后侧面111b上，垂直部分115a的长度大于水平部分115b，第一垂直焊脚既可以用于测试或水平贴装，也可以用于垂直贴装。第二垂直焊脚215呈l形，其水平(x方向)部分215b也处于管壳的底板111d，其垂直(y方向)部分215a分布于管壳前侧面111a上，处于管壳前侧面111a的凹槽边缘至管壳前侧面111a的区域称为下边墙122，第二垂直焊脚215垂直部分215a的长度(y方向尺寸)不一定大于水平部分215b，但明显小于第一垂直焊脚115的垂直部分115a，第二垂直焊脚用于垂直贴装，第二垂直焊脚215的垂直部分215a的长度明显小于现有技术的垂直焊脚15的垂直部分15a，所以下边墙122的宽度112a明显小于现有技术的下边墙宽度22a。

见图7所示，管壳座112侧壁开有三段的凹槽120，从凹槽120开口向管壳座112内侧方向(-x方向)依次为盖板槽120b、键合槽120c和密封槽120d，盖板槽120b、键合槽120c和密封槽120d的截面积依次减小，凹槽侧壁形成密封台阶126和键合台阶124，键合台阶124表面设有键合焊盘125，将电信号联通到管壳对应的金属焊脚上，键合焊盘124与芯片30之间键合金属线

为了补偿第二垂直焊脚垂直部215a长度减少引起抗机械冲击能力的减弱，本管壳111在盖板118上制作有金属条108，金属条108不与管壳焊盘125或其他焊脚相电连接；盖板118固定在管壳凹槽120开口处，金属条108的位置对应于第二垂直焊脚的位置，金属条伸出部108a在管壳前侧面111a的投影与第二垂直焊脚215的垂直部215a在管壳前侧面111a的投影部分重叠，二者可以接触，也可以不接触，但间距很小，通常在0～0.2mm。

在本管壳111垂直贴装时，金属条108和第二垂直焊脚215组成复合焊脚150，复合焊脚150的高度(y方向尺寸)与第一焊脚115的垂直部分115a相当。

本管壳111没有上边墙，所以其高度h2由下边墙宽度122a和凹槽120开口处宽度120a二部分构成；相应地，现有技术中管壳11的高度h1由下边墙宽度22a、开口宽度20a和上边墙宽度21a构成三部分构成；而且本发明的本管壳111的下边墙宽度122a的长度小于现有技术的管壳11的下边墙22a，所以，本发明的垂直贴装管壳在y方向的尺寸明显小于现有技术。

图5展示的是本发明抗高过载小外形垂直贴装电子器件100沿y方向的剖面，芯片30装入本管壳111组成电子器件100，芯片30通过粘片胶28固定在管壳底板123上，其电信号通过金属线29连接到位于键合台阶124上的键合焊盘125上，键合焊盘125与水平焊脚113、第一垂直焊脚115、第二垂直焊脚215有相应的管壳内部连接，这样，芯片30的电信号就被连接到管壳焊脚上。盖板118的材料为绝缘体，如陶瓷或塑料，处于凹槽120上侧下侧壁的密封台阶分为第一密封台阶126和第二密封台阶226，通过密封材料27固定在第一密封台阶126和第二密封台阶226上，与管壳座112围成一个密封腔119；密封材料27也是绝缘材料，如环氧树脂；第一垂直焊脚115的水平(x方向)部分115b制作于管壳的底板111d上，垂直部分115a制作于管壳的后侧面111b上；第二垂直焊脚215的水平部(x方向)部分215b制作于管壳的底板111d上，垂直部分115a制作于管壳的管壳前侧面111a上的下边墙122位置；盖板118的金属条108，其延伸部分108a跨过密封间隙140，在x方向与第二垂直焊脚215的垂直部215a部分重叠，金属条108与第二垂直焊脚215组成复合焊脚150，复合焊脚150的长度与第一垂直焊脚垂直部分115a相等或接近相等。

当电子器件100垂直贴装时，请见图6，其管壳的底板111d朝向pcb板31，而且二者平行；由于焊锡只会付着在金属表面，所以焊锡16覆盖了第一垂直焊脚115和第二垂直焊脚215、pcb板焊盘17、以及金属条108的表面，pcb板焊盘17的长度就决定了焊锡的宽度w，而第一垂直焊脚垂直部115a和复合焊脚150的长度就决定了焊锡的高度h；由于金属条108制作在盖板118上，所以盖板也参与承受部分机械冲击力；水平焊脚113只是在产品出厂测试或水平贴装时使用，此时悬空；电子器件100作为用户电子系统的一个部件，体积越小越好，所以管壳厚度d2受到严格的尺寸限制；同样道理，pcb板焊盘17的尺寸也受到限制，因此，电子器件100的高度h2与焊锡的高度h决定了器件的抗机械冲击能力；利用本发明的封装本管壳111封装的电子器件100与现有技术相比，在保持焊锡高度h不变的情况下，降低了器件高度h2，也即降低了器件重心，有效地提高了抗机械冲击能力。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。