[发明专利]一种金属封装外壳及其制作方法

说明书

本发明公开了一种金属封装外壳及其制作方法，包括金属外壳本体，所述金属外壳本体底部平面上阵列式设置有若干通孔，所述通孔内设置有铜柱，所述金属外壳本体内部设置铜柱的底面上设置有LTCC基板电路，所述金属外壳本体的材料为钛合金，所述铜柱的材料为无氧铜，所述通孔为阵列式排布，阵列式排布的通孔所占区域的面积大于LTCC基板电路的面积。本发明通过采用TC4钛合金外壳本体上阵列式镶嵌高热导率无氧铜材料铜柱的结构使得本发明的钛合金封装外壳热膨胀系数与内部电路的匹配，可靠性高，且密度低、重量轻、成本低；本发明的制备方法的钎焊参数设置使得钎焊时铜柱与钛合金金属外壳本体的通孔之间焊缝强度高。

技术领域

本发明涉及大功率高密度T/R组件封装技术领域，具体是一种金属封装外壳及其制作方法。

背景技术

随着T/R组件朝着高密度、大功率方向发展，内部元器件数量、组装密度、芯片功率都大幅度提高，导致电路发热量提高、工作温度上升，而稳定性下降。在T/R组件中，随着温度升高，失效的可能性加大，因此T/R组件对金属封装外壳的散热能力有较高的要求。T/R组件内部组装的电路要求外壳热膨胀系数应与之匹配。另外，应用于航空航天领域的发射/接收组件，对器件重量有严格要求。传统金属外壳很难完全满足以上提出的种种要求。

在现有技术中，应用于航空航天领域的T/R组件的封装外壳有可伐外壳和铝硅复合材料外壳、钛合金嵌铝碳化硅热沉复合外壳三种。

传统可伐外壳采用的可伐合金热膨胀系数适中(5.8×10^-6/℃)，价格廉价，但热导率只有17W/(m·K)，不能满足现代大功率集成电路的散热要求，且可伐合金的密度偏高(密度为8.2g/cm³)，不能满足航空航天领域其对重量的要求。由于具有密度轻、热导率高的优点，铝硅复合材料外壳近几年应用越来越广泛。但也存在热膨胀系数过大(12×10^-6/℃)，与内部LTCC基板电路不匹配等问题(LTCC的热膨胀系数为7.1×10^-6/℃)，随着温度的变化由于热膨胀系数差异导致其无法同胀同缩，内部LTCC基板电路时有开裂失效

近年来，通过在钛合金金属外壳本体中局部镶嵌铝碳化硅热沉板(170W/(m·K的热导率)的方式为本发明最相近似的实现方案。该一定程度满足了T/R组件的散热要求，同时兼顾了金属外壳低密度轻质的发展方向。但是，在该技术方案中，钛合金金属外壳本体及铝碳化硅热沉板需预先镀覆镍、金处理，再采用金锡共晶钎焊的方式将两者连接到一起。一方面，铝碳化硅热沉板材料制备复杂，同时金锡共晶钎焊采用的是Au80％，Sn20％的焊料(熔点280℃)，焊料价格昂贵，致使金属外壳的制造成本高昂。同时由于Au80％，Sn20％的焊料的引入，导致该类型金属封装外壳的后续使用温度一般不能超过380℃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属封装外壳及其制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金属封装外壳，包括：金属外壳本体，所述金属外壳本体底部平面上阵列式设置有若干通孔，所述通孔内设置有铜柱，所述金属外壳本体内部设置铜柱的底面上设置有LTCC基板电路，所述金属外壳本体的材料为钛合金，所述铜柱的材料为无氧铜，所述通孔为阵列式排布，阵列式排布的通孔所占区域的面积大于LTCC基板电路的面积。

作为本发明进一步的方案：为了保证散热效果和金属外壳本体的可靠性、坚固性以及LTCC基板电路与钛合金、无氧铜的热膨胀系数之间的平衡，设置所述通孔的直径D为1mm～5mm，所述通孔间间距H为通孔直径的2～4倍。

作为本发明进一步的方案：所述金属外壳本体的材料为TC4钛合金。

一种如上述所述的金属封装外壳的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：