一種金屬和晶體氣密性封裝的光窗結構製造方法與流程

2023-06-29 01:45:31

本發明屬於光電子氣密性封裝領域，具體地說是一種金屬和晶體氣密性封裝的光窗結構製造方法。

背景技術：

在光電子氣密性封裝領域，有一類產品是由晶體材料例如caf2，mgf2，石英晶體，zns等晶體材料製造的光學透鏡或鏡片需要和金屬管帽或金屬腔體組合起來，形成一個用於氣密性封裝的光窗結構。由於半導體晶片對環境溼氣，有害性氣體和汙染物的敏感性，所以這種器件往往需要氣密性的封裝，在紫外和中紅外區域，常規的光學玻璃材料由於其光學性能的限制，往往不能滿足透光率的要求，因此，在紫外區域，通常採用石英玻璃作為透光材料；在中紅外區域，通常採用各種非氧化物晶體作為透光材料。

由於石英玻璃的膨脹係數比金屬材料低一個數量級，非氧化物晶體材料常常由於比較低的相變溫度或者各種不同的熱膨脹係數，很難通過玻璃直接封接的方式來完成，所以當前主要的解決方案是採用有機粘膠(例如環氧樹脂)結合的方式來完成，而有機粘膠由於不耐高溫，容易老化且不能達到真空氣密的等級，因此降低了封裝部件的可靠性，使用壽命通常較短。

技術實現要素：

所要解決的技術問題：本發明目的在於通過一種新的製備方法解決晶體材料和金屬材料氣密性封接可靠性的難題。

技術方案

一種金屬和晶體氣密性封裝的光窗結構製造方法,其製造方法包括:

(1)具有腔體的金屬成型件:除油清洗、鍍鎳、烘乾；

(2)晶體鏡片局部處理：掩膜、化學法腐蝕粗化、粗化部位極化、化學鍍鎳、電鍍錫、烘乾、切割分片；

(3)夾具：按照零件尺寸精度加工夾具；

(4)封接：將金屬成型件和晶體鏡片放置在夾具上，在燒結爐中250-300攝氏度烘烤15-20分鐘形成成品。

(5)測試：測試成品的結合強度，並在氦氣測漏儀中測試氣密性，在熱衝擊和冷熱循環測試儀中測試可靠性。

所述金屬成型件材料為可伐合金。

所述晶體鏡片為石英玻璃材料。

所述夾具採用石墨材料。

所述金屬成型件鍍鎳厚度1-5微米。

所述晶體鏡片經局部掩膜、印刷、腐蝕極化後鍍鎳1-10微米，然後鍍錫1-10微米。

所述將金屬成型件和晶體鏡片放置在夾具上在燒結爐中300攝氏度烘烤20分鐘形成成品。

有益效果：本發明採用了將晶體鏡片局部掩膜、腐蝕粗化、電鍍的方法形成金屬過渡層，然後通過低溫錫焊的方法，將晶體光窗和金屬成型件之管帽或腔體熔焊的方法來達到氣密性封接。

1、本發明不採用傳統的玻璃封接的方法，從而有效避免了因材料膨脹係數匹配問題帶來的諸多技術難點。

2、本發明採用晶體鏡片局部印刷和金屬化技術，使得各種不同的材料都能避開高溫過程，因為高溫過程有可能導致的材料的光學性能劣化。

3、本發明採用軟釺焊技術完成金屬和晶體鏡片的密封性連接，並可靈活選用軟釺焊材料，以適應不同使用環境的要求。

附圖說明

圖1是本發明金屬成型件主視圖。

圖2是本發明金屬成型件左視圖。

圖3是本發明晶體鏡片主視圖。

圖4是本發明晶體鏡片左視圖。

圖5是本發明主視圖。

圖6是本發明左視圖。

圖7是本發明放入夾具中示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加簡潔明了，本發明用以下具體實施例進行說明，但本發明絕非僅限於這些例子。以下所述僅為本發明較好的實施例，僅僅用於描述本發明，不能理解為對本發明的範圍的限制。應當指出的是，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。

現有技術中採用低溫玻璃或環氧樹脂封裝的實驗結果見表1：

見圖1-7，標號1代表金屬成型件，2代表光窗通孔，3代表晶體鏡片，4代表晶體鏡片局部處理，5代表軟釺焊材料，6代表夾具，7代表腔體。

金屬和晶體氣密性封裝的光窗結構製造方法包括:

(1)具有腔體的金屬成型件:除油清洗、鍍鎳、烘乾；

(2)晶體鏡片局部處理：掩膜、化學法局部腐蝕粗化、粗化部位極化、化學鍍鎳、電鍍錫、烘乾、切割分片；

(3)夾具：按照零件尺寸精度加工夾具；

(4)封接：將金屬成型件和晶體鏡片放置在夾具上，在燒結爐中250-300攝氏度烘烤15-20分鐘，在一定的保護氣氛下完成封接形成成品。

(5)測試：測試成品的結合強度，並在氦氣測漏儀中測試氣密性，在熱衝擊和冷熱循環測試儀中測試可靠性。

在一個實施例中，所述金屬成型件材料為可伐合金。

在一個實施例中，所述晶體鏡片為石英玻璃材料。

在一個實施例中，所述夾具採用石墨材料。

在一個實施例中，所述金屬成型件鍍鎳厚度1-5微米。

在一個實施例中，所述晶體鏡片局部經掩膜、印刷、腐蝕極化後鍍鎳1-10微米，然後鍍錫1-10微米。

在一個實施例中，所述將金屬成型件和晶體鏡片放置在夾具上在燒結爐中300攝氏度烘烤20分鐘形成成品。

對本發明實驗如下：

表2：材料組成

表3、按照美國軍表mil-std-883e的要求達到的性能指標

如圖1、2所示，金屬成型件採用的材料為方形的可伐合金(kovar4j29)框架，規格為smd5050，正方形邊長5毫米，高度1.5毫米，通過精密衝壓的方法完成。

如圖3、4所示，晶體鏡片採用的是石英玻璃材料，厚度0.3毫米，整片的尺寸為100*60mm的長方型片，通過局部掩膜，化學粗化，局部電鍍鎳和錫，見圖3晶體鏡片局部處理4標號所標，最終分片成規格為標準的4.0*4.0毫米的獨立小片。

如圖7所示，夾具採用普通石墨材料，按照要求的尺寸加工成夾具。

實驗設備：

印刷機，塗覆機，電鍍線，燒結爐，推力計，紫外光譜儀，紫外輻照儀，熱衝擊儀，冷熱循環機，氦氣測漏儀等。

工藝過程：

(1)金屬成型件經除油清洗後，鍍鎳厚度1～5微米，烘乾備用。

(2)晶體鏡片經掩膜、印刷、腐蝕極化後鍍鎳1～10微米，然後鍍錫1～10微米，烘乾後備用。

(3)將金屬成型件和晶體鏡片組合後裝在石墨夾具上，在燒結爐中300攝氏度烘烤20分鐘，得到本發明成品，如圖5、6所示。

上述得到的產品性能測試，得到的結果如表4：

結論：採用本發明製造的可伐和石英晶體氣密性封裝的光窗經過各項性能測試，性能均滿足設計要求。

本發明強調的是一種工藝方法由此帶來的產品的創新性能提升，並不局限於某種特定材料，形狀和大小和採用何種工藝設備。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。