金属壳体封装技术的现状与发展前景

房善玺

【摘 要】随着电子信息行业的发展与进步，越来越多的金属元件应用于各类电子部件中。目前，应用电子元件的行业涵盖电子科技、信息工程、国防军事、经济生活等众多领域，微电子元件已成为当下社会经济发展的重要组成部分。目前，社会对微电子元件的需求不断增加，对其要求也愈发严格，同时对元件的稳定性提出了明确的要求。为此，文章从微电子角度出发，对金属壳体的封装技术进行探讨。

【关键词】金属壳体；封装技术；现状；发展前景；微电子

【中图分类号】TN405 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）04-0126-02

0 引言

金属壳体随着微电子技术的快速发展，在电子元件中的作用愈发突出。金属壳体是为集成电路提供支撑、信号传输及兼顾电子元件的散热和保护作用的关键组件，在研究集成电路的可靠性及稳定性时，金属壳体的作用体现得尤为明显。因此，研究金属壳体的封装技术对于提升集成电路技术水平具有重要意义。本文首先研究金属壳体的结构和特点，探讨了当下金属壳体封装技术的现状与形式，然后介绍了金属外壳封装的工艺流程，最后将重点叙述新材料在封装技术中的应用。

1 金属外壳封装

信息技术的快速发展使集成电路的使用量急速增长，人们对集成电路外壳的封装研究也不断深入。电子元件的金属外壳（如图1所示）的主要作用是为集成电路提供必要的电路支撑，同时具有信号传输作用，并且伴随着集成电路的发展，外壳具备了散热的作用。总之，金属外壳对于集成电路而言极为重要，对其可靠性、稳定性及成本均有一定的影响。

2 金属壳体封装技术的现状与形式

2.1 平臺插入式金属封装

这种金属封装主要由2个部分组成（如图2所示），一部分为管座，一部分为管帽，通过焊接的方式将管座与管帽进行对接，多数电子生产企业在金属封装过程中主要应用该方法。

2.2 腔体插入式金属封装

这种金属封装（如图3所示）由腔体式管座、底座及盖板组成。在封装时，将腔体式管座与盖板进行平行焊接，使两者间无缝隙，从而加强金属封装的密封性和可靠性。除直接焊接外，该封装技术也可利用激光焊接技术，但盖板部分采用的是台阶盖板，而非普通盖板。

2.3 扁平式金属封装

该金属封装技术与前两类封装方式不同（如图4所示），首先其管座形式为蝶形，因此在焊接时往往采用平行焊接的方式；为了加强管座与盖板的密封性，平行焊接的时间长于其他方式。如果采用激光焊接方式，则需要提高台阶盖板与蝶形管座的密封性，通过将蝶形管座的两侧打孔，加固两者间的关系。

2.4 圆形金属封装

该金属封装技术在金属封装方式中应用较广（如图5所示），其利用圆形的特性使圆形管座与盖板无缝连接。因此，此种方式的密封性能最好，效果也最佳。

3 金属外壳封装的工艺流程

金属外壳的封装工艺流程主要包括零件准备、装配、烧结、焊接、链接工艺导线、镀前处理、电镀、切脚、包装入库等环节。在前期的准备阶段需要进行零件准备，其主要包括封装所用的各种材料，如底板、封框、玻璃珠、引脚、焊料及管帽或盖板等；在零件准备完成后，要注意零件的粗糙度，通过对零件的清洗、脱碳和预氧化，使零件逐步成型，满足所需。经过处理的零件即可焊接和封装，并完成最后的金属壳体加工工程。

4 新材料硅铝材料和梯度材料在微系统的应用

4.1 硅铝材料和梯度材料应用的必要性

传统的金属壳体可应用铜、钨、钢与铝的合金材料，其中铜的传导性是最强的，但是其机械性能较差，即使是铜铝合金也难以大幅提升铜的机械性，使铜铝材料难以长时间地应用于金属壳体的封装技术中。钨铝合金是另一种热传导性能极强的材料，其机械性能较强，但是此种材料的价格极为昂贵，如果大规模的应用则会提升其供应价格，难以满足市场对金属壳体的需求。钢铝合金的热性能较差，因此利用率较低。

4.2 硅铝材料和梯度材料应用的可行性分析

铝及其合金重量轻、价格低、易加工，具有很高的热导率，是常用的封装材料，通常可以作为微波集成电路（MIC）的壳体。铝与硅结合后形成传热性好、耐用性强的金属材料。梯度材料是新时代发展下的高新材料，是近年来在国家倡导下发展的绿色环保材料之一，科研机构对其开展了广泛的研究。

一般来说，复合材料中分散相是均匀分布的，整体材料的性能是统一的，但是在有些情况下，人们希望同一件材料的两侧具有不同的性质或功能，又希望不同性能的两侧结合得完美，从而在苛刻的使用条件下不会因性能不匹配而发生破坏。由于当下金属材料难以满足高精尖技术的发展，因此利用非金属材料成为当下的发展趋势，业内人士将金属和陶瓷联合起来使用，用陶瓷去对付高温，用金属来对付低温。但是，用传统的技术将金属和陶瓷结合起来时，由于二者的界面热力学特性匹配较差，在极大的热应力作用下还是会遭到破坏。为此，如何加强梯度材料的应用成为未来金属壳体封装技术的发展趋势。

5 结语

本文通过对金属壳体封装技术的研究，明确今后的壳体金属以硅铝材料和梯度材料为主，既能满足需求，又能实现环保。因此，在未来加强新型材料在金属壳体中的应用将是必然趋势。

参 考 文 献

[1]李玉龙，邓琼，胡海涛，等.应力平衡和接触状态在Hopkinson杆测试聚合物动态弹性模量中的影响研究[J].实验力学，2014（6）.

[2]吴建军，李阳，孙德明.金属材料表面自纳米化研究进展[J].热处理技术与装备，2013（1）.

[3]何可馨，郭伟国，张晓琼，等.编织玻璃纤维与碳纤维铺层功能梯度板吸能特性研究[J].航空工程进展，2011（3）.

[4]刘传雄，李玉龙，吴子燕，等.高温后混凝土材料的动态压缩力学性能[J].土木工程学报，2011（4）.

[5]高家诚，王强，高正源.机械研磨金属表面纳米化的研究进展[J].功能材料，2010（5）.

[6]李新利，卢景霄，李瑞.微晶硅p-i-n薄膜太阳电池研究进展[J].功能材料，2010（5）.

[责任编辑：钟声贤]