金属封装外壳烧结模具的设计

金属封装外壳烧结模具的设计 电子工艺技术 ElectronicsProcessTechnology 第28卷第2期 2007年3月 金属封装外壳烧结模具的设计 蒙高安,刘燕,张友敏,唐建国 (中国电子科技集团公司第四十研究所,安徽蚌埠2330lO) 摘要:金属封装外壳是一种新发展起来的技术,虽然起步较早,但是最近几年才得 到飞速发 展和大量应用,不同结构的封装外壳需要不同结构的石墨模具定位烧结,讨论了封 装外壳烧结模具 的基本设计思路和注意要点,并对特殊种类的烧结模具做了相应的描述. 关键词:金属封装外壳;石墨模具;定位设计 中图分类号:TN305文献标识码:A文章编号:1001—3474(2007)02—0108—04 DesignofSinteringDieforMetallicPackages MENGGao—an,LIUYan,ZHANGYou—min,TANGJian—guo (CETCNo.40ResearchInstitute,Bengbu233010,China) Abstract:Polarizationsinteringdieshavevariousdesignsinshapesduetoavarietyofstructur esof metallicpackages,additonally,glass— metallicsinteringposesstrictrequirementsforsinteringdies.basic designideaisdiscussed,andnotesisgiven,alsospecialtysinteringdiesaredescribed. Keywords:Metallicpackages;Graphitedies;Polarizationdesign DocumentCode:AArticleID:1001—3474(2007)02—0108—04 金属封装外壳是一种用途很广的零部件,是一 种很特殊的封接方式,广泛应用在电真空密封,集成 电路封装,各种继电器及内部零部件,传感器,密封 变压器,晶体元件,光电元件,电池等上面.金属封 装外壳有很多优点,有较好的机械强度,优良的电性 能,绝缘,耐压都很好,具有很强的环境性能,适用于 恶劣的环境,更主要的是具有良好的密封性,能达到 1×10,Pa?cm./s.近年来金属封装外壳封装得 到了很大的推广,在此基础上,对金属封装外壳的质 量要求也越来越严.各种高精度金属封装外壳和玻 璃绝缘子零部件是现在最欠缺的,如何合理设计定 位模具,烧结出精度较高的封装外壳和绝缘子部件, 提高生产效率,降低成本,成为难点,本文主要讨论 金属封装外壳烧结模具的设计问题. 1模具设计讨论 我们通常都选用石墨作为定位模具和保护 绝缘子烧结材料,石墨有很多优点:石墨的热稳定性 很好,耐高温,熔点高于烧结温度,在高温烧结时基 本不变形,热膨胀系数小,就算经过几十次的高温过 炉,在保护气氛下外形尺寸基本不变,而金属平板经 过几次高温烧结后,外形和性能都发生了明显变化; 性能稳定,在高温下不和金属反应,粘接,不与玻璃 浸涧,也不污染玻璃;有足够机械强度,并易于机械 加工.所以现在我们普遍采用高纯石墨作为烧结夹 具材料.石墨也有一定的局限性,石墨的加工性能 远远比不上金属,很多精密模具选用石墨材料是很 难保证尺寸精度的,另外国内金属封装外壳技术相 对落后,主要依靠手动装架,考虑以上因素我们通过 几种产品的烧结模具设计过程来讨论石墨烧结模在 设计过程中应注意的几个方面问题. 1.1通用金属封装外壳定位模具的设计 金属封装外壳种类已形成多种典型体系,根据 作者简介:蒙高安(1980一),男,毕业于四川大学,学士,主要从事金属封装外壳设计 与烧结工艺的研究工作. l10电子工艺技术第28卷第2期 模具上加上引出端和底座与固定装架,改进后 的定位模具如图7所示.重新试验后0.9mm? 0.013mm尺寸90%以上都能达到图纸要求,引出 端偏心也有所改善,但由于螺钉的存在给装架带来 了很大的不便,生产效率低下,而且底座在螺钉固定 以后高温下会有一定的损伤.经过我们多次改进试 验后的定型模具如图8所示.烧结试验后全部能达 到要求,生产效率也明显提高. 图7改进后的定位模具 这样设计的模具有以下几种特点:(1)分别利 用了金属和石墨两种材料的各自特点,设计为两种 材料的复合结构,能很好地保证金属外壳的各种尺 寸,特别是个别关键配合尺寸;(2)少了定位模具的 总累积公差,由于底座和引出端上面都有压块,0.9 mm?0.013mm的尺寸直接由下面金属垫块的A尺 寸决定,而对于金属件加工来说,这种公差是很容易 能达到的;(3)利用金属压块自身的压力,简化了模 具的总体结构,装架也极其方便,很大地提高了生产 效率;(4)减少了装架和拆卸产品时的有效摩擦,提 高了模具的利用率. 图8定型模具 经多种精密金属外壳的烧结试验证明,精密烧 结模的基本结构形式采用金属,石墨复合模具是可 行的,而具体金属外壳要根据具体结构来设计,基本 结构为:用耐热钢作为模具的基体,保证要烧结零件 的相对位置,精度,耐热钢要根据抗氧化性能,线膨 胀系数和机械加工工艺性等方面作为选料的主要依 据,模具使用寿命长,则选用3Cr24Ni7SiNRE等钢 件,数十次的试制模具则选用常见的lCrl8Ni9Ti, Crl3即可;用石墨作为隔离玻璃和金属模具件的隔 离片,根据烧结后产品的表面状况和石墨片氧化情 况随时可更换石墨片. 1.3特殊金属封装外壳及金属玻璃零部件定位模 具的设计 金属外壳在实际应用中存在各种特殊的结构, 特别是零部件有很多结构更是特殊,例如下面两种 产品,第一种典型的光电外壳结构如图9所示.件 1,件2和件3都是独立的,有时件2和件3为同体, 独立件都需要用金属焊料焊接在一起,这时需考虑 焊料的熔点及流动情况,模具要保证焊料不流掉,否 则焊不上,也不能溢流到其它表面,要保证焊接牢 固,气密性能达到要求.有的产品引出脚端面为扁 平型,间距只有1.27mm,要求扁平部分水平,在同 一 平面上,顶端要在一条直线上,如果件2和件3不 同体,还要保证它们之间的相对位置,上面要求用一 件模具根本实现不了,考虑用多件模具一起定位. 根据以上分析,经过多次试验改进后我们用独 立的5件模具来完成定位金属零件,定型模具组装 后的组装图如图l0所示.用这种模具烧结后的产 品能满足使用要求. 2007年3月蒙高安等:金属封装外壳烧结模具的设计 图9光电外壳 图10模具组装图 第二特殊结构的零部件如图1l所示.一种体 积很小,需求量很大的金属玻璃零部件,刚开始时主 要依靠手工来烧结,但效率很低,废品率也很高,主 要体现在2.55mm尺寸无法保证.根据产品结构 和玻璃特点,确定定位模具的局部如图12所示. 图l2定位模具局部图 前面两种产品在金属玻璃封装件中都是结构较 特殊的,根据产品自身结构和玻璃封接特点设计的 定位模具有以下特点:(1)第一种模具中用对称的 两件模具和中间夹板一起定位了引出脚扁头的位 置,用整块模具定位引出脚间距和件1的位置,再用 一 个外框限制整体位置,经试验烧结后的产品能达 到使用要求;(2)第二种模具只考虑玻璃部位的烧 结,也就是说在保证与玻璃结合部位的金属丝垂直 情况下,A尺寸保证2.55mm,模具其它结构沿用金 属丝的结构,装卸都很简单,可以实现大批量生产, 并且烧结后的产品合格率很高. 2结论 外形尺寸要求不高的产品,模具要尽量简单通 用,容易装卸,尺寸精度要求高的产品,可以考虑用 石墨金属复合模具,在设计过程中,要考虑定位模具 能在保证主要尺寸情况下尽量简单明了.特殊结构 的产品定位模具依照玻璃溶化后表面张力大的特点 和产品自身的结构特点来确定模具结构,做到能少 不多,能简单不复杂,还要避免一次性模具的出现. 参考文献: [1]费恩.金属与玻璃的封装[M].北京:国防工业出版 社,1961. [2]DAIChang—ding,XIEQi,yuan.Handbookofelectronic industryproductivetechnology(4)[M].Beijing:National defenseindustrypress,1990:534. [3]冯炳尧,韩泰荣,殷振海等.模具设计与制造简明手册 [M].上海:上海科学技术出版社,1985. 收稿日期:2007一O1—15 (上接第107页) 3结束语 PAC的所有的部件以最灵活,最方便,成本最 低为出发点,因此它跨越了机械自动化,电气自动 化,仪表自动化,计算机等专业.作为结合了Pc和 PLC优势的PAC,我们有理由相信随着PAC技术的 不断完善,发展和价位逐步地逼近于PLC,PAC技术 必将在未来的工业自动化领域中成为控制系统的主 流,在广泛的领域内给用户提供最领先的技术. 参考文献: [1]谢克明,夏路易.可编程控制器原理与程序设计[M]. 北京:电子工业出版社,2002. [2]陈忠华.可编程序控制器与工业自动化系统[M].北 京:机械工业出版社2006. [3]陈在平,赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设 计[M].北京:机械工业出版社,2002. [4]王卫兵,高俊山.可编程序控制器原理及应用[M].北 京:机械工业出版社,2005. (收稿日期:2007一Ol一08)