一种全散热陶瓷封装外壳、包含该外壳的封装及制作方法与流程

本发明属于陶瓷封装，具体涉及一种全散热陶瓷封装外壳、包含该外壳的封装及制作方法。

背景技术：

1、随着电路基板技术的不断发展，电路基板逐渐呈多功能化，轻薄化以及高功率化发展。这些发展特点对器件集成度有了更高的要求，要求电路基板所占的单元体积尽可能地小，以便在有限的器件空间中集成更多的元件。这一要求给电路基板的封装带来一系列的重要挑战。

2、对于高功率基板而言，为了方便散热，常采用氮化铝陶瓷板进行封装，将封装外壳集成在pcb板上，并在侧方固定位置放置风扇，进行风冷散热。常规的陶瓷外壳封装方案常采用氧化铝底板+可伐环框的组合。氧化铝的导热系数为：20.4w/(m·k)，热膨胀系数6.57×10-6℃，可伐的导热系数为：17.3w/(m·k)，热膨胀系数为：5.8×10-6℃，从上述数据可以看出，二者组合的热导率较低，难以满足大功率基板散热需求。因此，氧化铝逐渐被氮化铝所替代，氮化铝的导热系数为：160w/(m·k)，热膨胀系数为：4.5×10^-6℃。但可伐环框在参数上较难以与氮化铝匹配。即便采用氮化铝底板也仅能够实现电路基板的一面散热，电路基板的周围及上方无法迅速将热量导出。同时，由于封装外壳整体体积较小，安装在箱体中的风扇仅能对封装壳体横截面处一小块面积进行吹风，壳体中的电路板热量较难通过风扇吹出的空气带走。当封装壳体内的热量堆积过多后，电路基板也会极大地降低工作效率，甚至造成电路的损坏。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种全散热陶瓷封装外壳。

2、本发明采用了以下技术方案：

3、一种全散热陶瓷封装外壳，包括由底板和设置在底板上的环框构成的外壳，以及密封所述外壳的盖板，所述底板材质为氮化铝，环框材质为钼，盖板材质为可伐合金，所述盖板为薄板状，盖板远离底板的一侧即上表面设置有若干个热管，所述热管为内部具有密封空腔的环形管，所述密封空腔中填充冷凝液，冷凝液的填充量占密封空腔总体积的33～45％。

4、优选的，所述热管为封闭的环形铜管，环形管一端设置为连接平面用于与盖板连接，另一端接触空气；单个所述热管的宽度为1.2mm，热管总高2.6mm，热管长度为13.8～18.5mm。

5、优选的，所述热管呈阵列状分布在所述盖板居中位置，相邻热管之间的间隙大于2mm，热管设置数量为6～10个。

6、优选的，所述密封空腔内壁还设置有一层毛细芯，所述毛细芯是由铜粉烧结形成的多孔介质层，有效毛细孔径在0.5～0.7μm，孔隙率大于61.50％。

7、优选的，所述冷凝液为酒精、氨水、氟利昂中的任意一种。

8、优选的，所述盖板靠近底板的一侧即内表面设置有矩形凸台，所述凸台的的形状与环框的形状匹配，并小于所述环框围合形成的空间大小；所述凸台靠进底板的一侧还设置有铜制弹簧，所述弹簧的末端连接铜制导热片。

9、优选的，所述弹簧为波纹弹簧，所述弹簧与凸台焊接形成整体结构。

10、优选的，在所述底板的上表面，紧贴环框内侧壁一周，还设置有硅胶圈。

11、优选的，所述底板、环框和盖板均为矩形，其中环框的壁厚为1.2mm，盖板厚度0.15mm，凸台厚度0.25mm，盖板和凸台结合后总厚度0.4mm，所述环框和盖板的四个角均设置为圆角，圆角半径为0.5～1.85mm。

12、本发明还提供一种含有上述全散热陶瓷封装外壳制备的电路基板气密性封装。

13、该气密性封装的制备方法包括以下步骤：

14、s1.将氮化铝陶瓷底板和钼制环框电镀镍金并连接形成壳体；

15、s2.在环框内放置待封装的电路基板，电路基板焊接在底板的上表面；

16、s3.在底板的上表面，紧贴环框内侧壁一周设置硅胶圈，硅胶圈宽度以与电路基板相接触为准，且硅胶圈的高度不低于电路基板高度；

17、s4.利用可伐合金一体化加工出任一侧面带有凸台的盖板，将连接有铜制导热片的弹簧与凸台的表面连接，形成整体结构，然后将所需数量的热管呈阵列状焊接在盖板的上表面；

18、s5.在s3的电路基板上表面涂抹绝缘导热胶后，将盖板采用平行封焊的方式焊接在环框上，焊接使盖板带有凸台的一面靠近底板，并保证导热片通过绝缘导热胶与电路基板粘接，使弹簧的两端分别连接电路基板和盖板。

19、优选的，所述步骤s1中，镍金镀层的厚度为0.015mm，底板与环框在320～350℃下烧结；所述步骤s4中，导热片、弹簧、热管与盖板均通过锡焊的方式焊接在一起。

20、优选的，所述步骤s4中，先将空心热管焊接在盖板的上表面，再将焊接后的热管抽至低压状态，注入冷凝液后密封；所述冷凝液为酒精、氨水或氟利昂。

21、本发明的有益效果在于：

22、1)采用钼制环框与氮化铝陶瓷底板连接，由于钼制环框与氮化铝的热膨胀系数更为接近，在焊接过程中能够减少应力作用带来的密封失效问题。钼制环框的侧壁厚度一致，且四个角设置为圆角，通过圆角过度，能够增加壳体的机械强度。

23、2)陶瓷底板居中放置电路基板，电路基板采用低温焊接在陶瓷底板上。电路基板与钼制环框周边间隙采用硅胶圈进行缝隙填充，保证基板四周边散热。

24、3)在盖板上安装铜制热管增加与空气接触面积，同时盖板下焊接带有导热板的平面波纹弹簧，通过导热板与电路基板相接触，实现电路基板-导热板-平面波纹弹簧-盖板热管的热量传递过程，将电路基板与封装管壳间的传热方式由现有的空气对流变为固体传导，极大的提升了管壳的散热效率，可以及时带走热量，避免热量积累，从而降低壳体内部电路基板温度，提高电路基板使用寿命，本发明尤其适用于大功率，高能耗的电路基板封装应用中。

25、4)盖板通过凸台形成阶梯状，阶梯结构比平板结构更能抵御外界压力，同时也更有利于平行封焊时的精准定位。

26、5)本发明中弹簧使用波纹弹簧，其两端均为平面，能够与盖板及导热片焊接形成整体结构。通过波纹弹簧施加底板所能够承受的最小轴向预压力，不会对电路基板造成破坏同时能够保证导热片与电路基板紧密贴合。并且，导热片与电路基板中间加涂一层绝缘导热胶，导热胶能够保证电路基板与导热板之间形成无孔隙连接，提高导热效率，同时也能够依靠自身绝缘性质避免电路基板短路。

技术特征：

1.一种全散热陶瓷封装外壳，包括由底板(10)和设置在底板(10)上的环框(20)构成的壳体，以及密封所述壳体的盖板(30)，其特征在于，所述底板(10)材质为氮化铝，环框(20)材质为钼，盖板(30)材质为可伐合金，所述盖板(30)为薄板状，盖板(30)远离底板(10)的一侧即盖板上表面设置有至少一个热管(40)，所述热管(40)为内部具有密封空腔(41)的环形管，所述密封空腔(41)中填充冷凝液，冷凝液的填充量占密封空腔(41)总体积的33～45％。

2.如权利要求1所述的一种全散热陶瓷封装外壳，其特征在于，所述热管(40)为封闭的环形铜管，环形管一端设置为连接平面(42)用于与盖板(30)连接，另一端接触空气；单个所述热管(40)的宽度为1.2mm，热管(40)总高2.6mm，热管(40)长度为13.8～18.5mm。

3.如权利要求2所述的一种全散热陶瓷封装外壳，其特征在于，所述热管(40)呈阵列状分布在所述盖板(30)居中位置，相邻热管(40)之间的间隙大于2mm，热管(40)设置数量为6～10个。

4.如权利要求2所述的一种全散热陶瓷封装外壳，其特征在于，所述密封空腔(41)内壁还设置有一层毛细芯，所述毛细芯是由铜粉烧结形成的多孔介质层，有效毛细孔径在0.5～0.7μm，孔隙率大于61.50％。

5.如权利要求1所述的一种全散热陶瓷封装外壳，其特征在于，所述冷凝液为酒精、氨水、氟利昂中的任意一种。

6.如权利要求1所述的一种全散热陶瓷封装外壳，其特征在于，所述盖板(30)靠近底板(10)的一侧即内表面设置有一体化的矩形凸台(31)，所述凸台(31)的形状与环框(20)的形状匹配，并小于所述环框(20)围合形成的空间大小；所述凸台(31)靠进底板(10)的一侧还设置有铜制弹簧(50)，所述弹簧(50)的末端连接铜制导热片(51)。

7.如权利要求6所述的一种全散热陶瓷封装外壳，其特征在于，所述弹簧(50)为波纹弹簧，所述弹簧(50)与凸台(31)焊接形成整体结构。

8.如权利要求1所述的一种全散热陶瓷封装外壳，其特征在于，在所述底板(10)的上表面，紧贴环框(20)内侧壁一周，还设置有硅胶圈(21)。

9.如权利要求1所述的一种全散热陶瓷封装外壳，其特征在于，所述底板(10)、环框(20)和盖板(30)均为矩形，其中环框(20)的壁厚为1.2mm，盖板(30)厚度0.15mm，所述环框(20)和盖板(30)的四个角均设置为圆角，圆角半径为0.5～1.85mm。

10.一种包含有如权利要求1-9任一项所述的一种全散热陶瓷封装外壳的电路基板气密性封装。

11.一种如权利要求10所述的气密性封装的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

12.一种如权利要求11所述的气密性封装的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，镍金镀层(11)的厚度为0.015mm，底板(10)与环框(20)在320～350℃下烧结；所述步骤s4中，导热片(51)、弹簧(50)、热管(40)与盖板(30)均通过锡焊的方式焊接在一起。

13.一种如权利要求11所述的气密性封装的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，先将空心热管(40)焊接在盖板(30)的上表面，再将焊接后的热管(40)抽至低压状态，注入冷凝液后密封；所述冷凝液为酒精、氨水或氟利昂。

技术总结
本发明属于陶瓷封装技术领域，具体涉及一种全散热陶瓷封装外壳、包含该外壳的封装及制作方法。一种全散热陶瓷封装外壳，包括由底板和设置在底板上的环框构成的外壳，以及密封所述外壳的盖板，所述底板材质为氮化铝，环框材质为钼，盖板材质为可伐合金，所述盖板为薄板状，盖板远离底板的一侧即上表面设置有至少一个热管，所述热管为内部具有密封空腔的环形管，所述密封空腔中填充冷凝液，冷凝液的填充量占密封空腔总体积的33～45％；该封装外壳用于密封电路基板形成气密性封装。本发明封装可以及时带走电路基板工作产生的热量，降低壳体内部电路基板温度，提高电路基板使用寿命，尤其适用于大功率，高能耗的电路基板封装应用。

技术研发人员：苗冠南,洪沈丽智,朱稳定,秦红祥,魏四飞,鲁明,高勇
受保护的技术使用者：合肥圣达电子科技实业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13