具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种用于TO-252封装的陶瓷金属外壳，如图1-6所示，包括钨铜底板1、可伐合金壳体2、陶瓷承托柱3、无氧铜压焊区4、陶瓷绝缘体5、无氧铜引线6和铁镍合金盖板12，钨铜底板1和铁镍合金盖板12分别封装在可伐合金壳体2的底部和顶部，无氧铜压焊区4位于可伐合金壳体2内，并且沿可伐合金壳体2横向延伸。钨铜底板1作为芯片热沉，与无氧铜压焊区4之间设有陶瓷承托柱3，陶瓷承托柱3保证压焊区安装强度。陶瓷绝缘体5镶嵌在可伐合金壳体2上并通过焊接实现密封，陶瓷绝缘体5为一整体，陶瓷绝缘体5上开有多个引线孔，无氧铜引线6一端焊接在无氧铜压焊区4，另一端穿过引线孔延伸至可伐合金壳体2外。

本实施例所述陶瓷金属外壳根据原塑封器件外形尺寸和焊盘间距设计，保证原位替换，采用可伐合金作为壳体，与陶瓷绝缘体5匹配性能良好，并且能实现薄壁壳体设计。薄壁壳体加上无氧铜压焊区4沿可伐合金壳体2横向延伸，可以实现在基于TO-252小尺寸外形限制空间内，设计大电流芯片安装空间和电路引出结构。

本实施例中，陶瓷绝缘体5采用92%Al₂O₃高温共烧陶瓷，抗弯强度可达400MPa，体电阻≥1×10¹²Ω（500VDC测），满足高可靠器件对于外壳机械强度和绝缘性能的要求。

本实施例中，陶瓷绝缘体5采用多引线孔一体化设计，可实现实体引线直接引出。金属陶瓷大功率大电流外壳，一般采用每个引线配置一个陶瓷绝缘子的结构，本发明TO-252外壳，因为体积小，引线间距小，无法采用多个独立绝缘子形式，而采用HTCC高温共烧陶瓷作为整体绝缘子。

本实施例采用实体引线直接引出电路工艺，具体是低电阻的无氧铜引线，可以在限定的尺寸内，最大程度提高过电流能力。TO-252外壳引线有2根、3根或5根几种，是根据器件需要设置引线数量。本发明因为是适用于大电流器件，一般的陶瓷印刷金属化电路无法满足大电流需求，需要实体低阻引线直接贯穿陶瓷引出内部电路。目前国内还没有在HTCC高温共烧陶瓷直接引出实体引线的经验，尤其是低电阻材料引线。

本发明设计的实体引线采用低电阻材料，贯穿陶瓷直接引出电路工艺，通过创新的结构，在保证密封可靠性的前提下，很好的解决了低阻引线与陶瓷绝缘体的焊接匹配性。

为了实现低阻引线与陶瓷绝缘子的焊接匹配性，陶瓷绝缘体上需要焊接密封的部位设有表面金属化层，表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，钨浆层在陶瓷绝缘体制备过程中印刷，镀镍层在陶瓷绝缘体制备成形后进行。

具体的，镀镍层厚度≥3μm。

因为陶瓷表面本身没有焊接润湿性能，所以在陶瓷绝缘体的焊接部位增加一层金属化层，即金属钨浆+镀镍层。金属化层能够实现金属零件与陶瓷零件的密封焊接，利用银铜焊料熔化后在焊接部位润湿填充，实现密封。金属化层还有一个作用是形成器件导电电路。

本实施例中，壳体材质为可伐合金，底板材质为钨铜，盖板材质为铁镍合金，壳体、底板、盖板、无氧铜压焊区，无氧铜引线的需要焊接的部分均镀镍，镀镍厚度大于或者等于3μm。

壳体采用可伐合金，与陶瓷材料匹配性能良好，并能实现薄壁墙体结构。底板材质为钨铜，采用钨铜底板作为芯片热沉，导热性能好，且与陶瓷材料匹配性能良好。镀镍是因为有些金属材料也不具备焊料润湿性能，通过表面镀镍使其具有焊料润湿性能。

外壳金属表面镀有一层金，镀金层厚度≥0.5μm。镀金是外壳制造工艺的最后一个步骤，是为了器件封装芯片焊接和压焊用，并且能够防止表面腐蚀。

实施例2

一种用于TO-252封装的金属陶瓷外壳的制备方法，包括以下步骤：

S01）、将氮氢气氛保护链式烧结炉升温至银铜焊料的焊接温度830℃，通入氮氢混合气保护气体（通入气体量以烧结全程零件和焊料不氧化为准），预热≥30min；

S02）、底板与壳体焊接在一起，陶瓷承托柱与无氧铜压焊区焊接在一起，陶瓷绝缘体与无氧铜引线焊接在一起；

陶瓷的线膨胀系数为6.8×10^-6/℃左右，钨铜的线膨胀系数为6.3-7.0×10^-6/℃，4J29可伐合金的线膨胀系数为5.7-6.2×10^-6/℃，这几种材料线膨胀系数相近，属于匹配焊接。

无氧铜引线材料线膨胀系数为16.0×10^-6/℃，与陶瓷材料属于非匹配焊接，陶瓷与无氧铜材料线膨胀系数虽然不匹配，但双方焊接区域尺寸很小，不会形成较大的膨胀量差。即使有点膨胀差异导致的应力也不会造成不良危害，一是因为无氧铜材料很软，通过自身轻微变形能够消减应力，二是陶瓷强度完全能够耐受残余应力。陶瓷绝缘体与无氧铜引线能够非匹配焊接也是这个原因。

陶瓷绝缘体、陶瓷承托柱为陶瓷，没有表面焊接润湿性，为了使它们具有表面润湿性（焊料焊接性能），从而将陶瓷承托柱与无氧铜压焊区、陶瓷绝缘体与无氧铜引线焊接在一起，在陶瓷绝缘体、陶瓷承托柱上需要焊接密封的部位设置表面金属化层，表面金属化层包括钨浆层和镀镍层，钨浆层在陶瓷绝缘体制备过程中印刷，镀镍层在陶瓷绝缘体制备成形后进行。

具体如图2、3所示，陶瓷绝缘体5需要做金属化层的部位包括陶瓷绝缘体的孔与无氧铜引线的焊接区7、底板与壳体的焊接区8、陶瓷绝缘体的上平面与壳体的焊接区9、陶瓷绝缘体的内立面与壳体的焊接区10、陶瓷绝缘体的下平面与壳体的焊接区11。

S03）、总装焊接，将步骤S02焊接形成的各部分焊接组装在一起，形成实施例1所述金属陶瓷外壳。

步骤S02的烧结持续大约1.5-2小时，在该过程中，要保证烧结温度和氮氢气流量的恒定，每个温区的温度误差不超过±3℃，氮氢混合气流量误差不超过±5L/min。

本实施例中，陶瓷绝缘体的制备过程为：

1、采用流延法形成陶瓷坯料层，并在陶瓷坯料层需要走线的位置打孔；

2、初次金属化，就是把陶瓷绝缘体需要焊接密封的部位印刷一层钨浆材质的浆料，初次金属化包括内孔金属化和层面印刷金属化，因为陶瓷绝缘体是由多层陶瓷坯料叠压而成，因此将金属化层分配到需要的层，然后进行一下步骤；

3、叠料，等静压成型，将多层陶瓷坯料层叠在一起，然后采用等静压设备对瓷片全方位施加相等的压力，从而使陶瓷绝缘体成型；经过等静压工艺生产的陶瓷基体，材质致密性和机械强度会有所提升。

4、分离成单个品，高温共烧；

5、镀镍，镍层厚度大于或者等于3μm。

本实施例中，壳体、底板、盖板、无氧铜压焊区，无氧铜引线的需要焊接的部分均镀镍，镀镍厚度大于或者等于3μm。这些金属件镀镍是因为有些金属材料也不具备焊料润湿性能，通过表面镀镍使其具有焊料润湿性能。

根据产品结构特征，为保证产品长期可靠性，产品成型后做过多次有关匹配的试验，包括2000h功率老炼试验，100次热冲击（液体-液体）试验（-55℃～125℃），500次温度（-65℃～175℃）冲击试验，10000次间歇寿命试验等各项试验考核合格，从而证明产品的高可靠性满足国家军用标准要求。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。