金屬殼體封裝技術的現狀與發展前景

房善璽

【摘 要】隨著電子信息行業的發展與進步，越來越多的金屬元件應用于各類電子部件中。目前，應用電子元件的行業涵蓋電子科技、信息工程、國防軍事、經濟生活等眾多領域，微電子元件已成為當下社會經濟發展的重要組成部分。目前，社會對微電子元件的需求不斷增加，對其要求也愈發嚴格，同時對元件的穩定性提出了明確的要求。為此，文章從微電子角度出發，對金屬殼體的封裝技術進行探討。

【關鍵詞】金屬殼體；封裝技術；現狀；發展前景；微電子

【中圖分類號】TN405 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）04-0126-02

0 引言

金屬殼體隨著微電子技術的快速發展，在電子元件中的作用愈發突出。金屬殼體是為集成電路提供支撐、信號傳輸及兼顧電子元件的散熱和保護作用的關鍵組件，在研究集成電路的可靠性及穩定性時，金屬殼體的作用體現得尤為明顯。因此，研究金屬殼體的封裝技術對于提升集成電路技術水平具有重要意義。本文首先研究金屬殼體的結構和特點，探討了當下金屬殼體封裝技術的現狀與形式，然后介紹了金屬外殼封裝的工藝流程，最后將重點敘述新材料在封裝技術中的應用。

1 金屬外殼封裝

信息技術的快速發展使集成電路的使用量急速增長，人們對集成電路外殼的封裝研究也不斷深入。電子元件的金屬外殼（如圖1所示）的主要作用是為集成電路提供必要的電路支撐，同時具有信號傳輸作用，并且伴隨著集成電路的發展，外殼具備了散熱的作用。總之，金屬外殼對于集成電路而言極為重要，對其可靠性、穩定性及成本均有一定的影響。

2 金屬殼體封裝技術的現狀與形式

2.1 平臺插入式金屬封裝

這種金屬封裝主要由2個部分組成（如圖2所示），一部分為管座，一部分為管帽，通過焊接的方式將管座與管帽進行對接，多數電子生產企業在金屬封裝過程中主要應用該方法。

2.2 腔體插入式金屬封裝

這種金屬封裝（如圖3所示）由腔體式管座、底座及蓋板組成。在封裝時，將腔體式管座與蓋板進行平行焊接，使兩者間無縫隙，從而加強金屬封裝的密封性和可靠性。除直接焊接外，該封裝技術也可利用激光焊接技術，但蓋板部分采用的是臺階蓋板，而非普通蓋板。

2.3 扁平式金屬封裝

該金屬封裝技術與前兩類封裝方式不同（如圖4所示），首先其管座形式為蝶形，因此在焊接時往往采用平行焊接的方式；為了加強管座與蓋板的密封性，平行焊接的時間長于其他方式。如果采用激光焊接方式，則需要提高臺階蓋板與蝶形管座的密封性，通過將蝶形管座的兩側打孔，加固兩者間的關系。

2.4 圓形金屬封裝

該金屬封裝技術在金屬封裝方式中應用較廣（如圖5所示），其利用圓形的特性使圓形管座與蓋板無縫連接。因此，此種方式的密封性能最好，效果也最佳。

3 金屬外殼封裝的工藝流程

金屬外殼的封裝工藝流程主要包括零件準備、裝配、燒結、焊接、鏈接工藝導線、鍍前處理、電鍍、切腳、包裝入庫等環節。在前期的準備階段需要進行零件準備，其主要包括封裝所用的各種材料，如底板、封框、玻璃珠、引腳、焊料及管帽或蓋板等；在零件準備完成后，要注意零件的粗糙度，通過對零件的清洗、脫碳和預氧化，使零件逐步成型，滿足所需。經過處理的零件即可焊接和封裝，并完成最后的金屬殼體加工工程。

4 新材料硅鋁材料和梯度材料在微系統的應用

4.1 硅鋁材料和梯度材料應用的必要性

傳統的金屬殼體可應用銅、鎢、鋼與鋁的合金材料，其中銅的傳導性是最強的，但是其機械性能較差，即使是銅鋁合金也難以大幅提升銅的機械性，使銅鋁材料難以長時間地應用于金屬殼體的封裝技術中。鎢鋁合金是另一種熱傳導性能極強的材料，其機械性能較強，但是此種材料的價格極為昂貴，如果大規模的應用則會提升其供應價格，難以滿足市場對金屬殼體的需求。鋼鋁合金的熱性能較差，因此利用率較低。

4.2 硅鋁材料和梯度材料應用的可行性分析

鋁及其合金重量輕、價格低、易加工，具有很高的熱導率，是常用的封裝材料，通常可以作為微波集成電路（MIC）的殼體。鋁與硅結合后形成傳熱性好、耐用性強的金屬材料。梯度材料是新時代發展下的高新材料，是近年來在國家倡導下發展的綠色環保材料之一，科研機構對其開展了廣泛的研究。

一般來說，復合材料中分散相是均勻分布的，整體材料的性能是統一的，但是在有些情況下，人們希望同一件材料的兩側具有不同的性質或功能，又希望不同性能的兩側結合得完美，從而在苛刻的使用條件下不會因性能不匹配而發生破壞。由于當下金屬材料難以滿足高精尖技術的發展，因此利用非金屬材料成為當下的發展趨勢，業內人士將金屬和陶瓷聯合起來使用，用陶瓷去對付高溫，用金屬來對付低溫。但是，用傳統的技術將金屬和陶瓷結合起來時，由于二者的界面熱力學特性匹配較差，在極大的熱應力作用下還是會遭到破壞。為此，如何加強梯度材料的應用成為未來金屬殼體封裝技術的發展趨勢。

5 結語

本文通過對金屬殼體封裝技術的研究，明確今后的殼體金屬以硅鋁材料和梯度材料為主，既能滿足需求，又能實現環保。因此，在未來加強新型材料在金屬殼體中的應用將是必然趨勢。

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[責任編輯：鐘聲賢]