СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ МИКРОКОРПУСОВ
METHOD OF MICROPACK SEALING

Изобретение относится к электронной технике.
Способ может быть использован в качестве новой технологии сборки микроэлектронной аппаратуры, конкретно для герметизации электронного модуля в условиях мелкосерийного и серийного производств.
Основные требования, предъявляемые к технологии герметизации микрокорпусов:
- наличие избыточного давления во внутреннем объеме,
- возможность групповой герметизации,
- осуществление термовакуумной сушки при пониженном давлении,
- снижение трудоемкости,
- доступность применяемых материалов,
- использование простого и дешевого оборудования,
- привлечение монтажников с низким разрядом.
Известен способ изготовления герметичного корпуса из алюминиевых сплавов, в котором корпус и крышка корпуса изготавливаются фрезерованием, затем на них наносится гальваническое покрытие, после чего производится герметизация соединения корпуса посредством пайки с применением предварительно уложенных в место соединения уплотнительной резиновой прокладки и луженой медной проволоки (авторское свидетельство №1568275 А1, МПК: Н05К 5/06, 04.07.1988 г).
Недостатком данного метода является наличие штенгельной трубки, через которую производиться откачка и заполнение внутреннего объема корпуса. Для микрокорпусов применение ее недопустимо. Также данная технология используется при единичном процессе.
Известен способ герметизации корпусов и микрокорпусов с помощью лазерной сварки, содержащий следующие этапы:
- микрокорпус помещают в атмосферную камеру,
- микрокорпус плотно прижимают крышкой,
- с помощью лазерной установки проводят процесс сварки по четырем сторонам («Специальные методы сварки и пайки». Под ред. проф. В.А. Фролова. М.: Альфа-М. Инфра-М. 2013, стр. 131).
Лазерная сварка дает высокую степень герметизации шва. Недостатки способа:
- невозможность групповой герметизации, поскольку один лазер сваривает только один корпус (единичный метод монтажа),
- трудности с созданием термовакуумной сушки,
- трудности с наполнением газом объема корпуса,
- материалы корпуса и крышки могут иметь микротрещин после сварки,
- оборудование имеет высокую стоимость,
- оборудование имеет низкий КПД.
Известен способ герметизации корпусов и микрокорпусов с помощью шовно - роликовой сварки, содержащий следующие этапы:
- микрокорпус помещают на стол автомата,
- стол помещают в атмосферную камеру для создания избыточного давления в объеме микрокорпуса,
- микрокорпус закрывают крышкой,
- с помощью механического давления и электрического тока создают сварочный шов по периметру между крышкой и микрокорпусом («Специальные методы сварки и пайки», под ред. проф. В.А. Фролова. М.: Альфа-М. Инфра-М. 2013, стр. 26).
Способ применим для групповой герметизации. Недостатки этого способа:
- используемое оборудование не позволяет проводить термовакуумную сушку,
- необходимость создания избыточного давления инертного газа во всем объеме камеры,
- большой расход инертного газа,
- высокая стоимость оборудования.
Известен способ герметизации корпуса, содержащий следующие основные этапы:
- корпус и крышку выполняют с покрытием в виде слоя металла, обладающим хорошей свариваемостью и малой теплопроводностью,
- корпус размещают на столе и помещают в камеру,
- корпус закрывают крышкой,
- по стыку корпуса и крышки проводят лазерную, электронно - лучевую или шовно - роликовую сварку (авторское свидетельство №1780200 А1, МПК: Н05К 5/06, 08.08.1990 г.) - прототип.
Недостатки этого способа:
- используемое оборудование не позволяет проводить термовакуумную сушку,
- необходимость создания избыточного давления инертного газа во всем объеме камеры,
- большой расход инертного газа,
- высокая стоимость оборудования.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является осуществление технологической операции вакуумной сушки, обеспечение требуемого давления инертного газа в объеме микрокорпуса, снижение расхода инертного газа, повышение производительности, уменьшение числа операторов.
Указанный технический результат достигается предложенным способом герметизации микрокорпусов, включающим
- размещение микрокорпуса в оснастку и установка на стол автомата,
- размещение стола автомата под колпаком атмосферной камеры,
- размещение крышки на всей поверхности микрокорпуса.
В котором автомат представляет собой нагревательный прибор с автоматическим изменением температуры,
дополнительно используются вакуумный насос, припой и прижимной шток, при этом
- между торцевой поверхностью отвесной стенки микрокорпуса и крышкой располагают припой в виде преформы, повторяющей периметр торцевой поверхности, и укладывают в оснастку,
- группу одинаковых или различных по размерам оснасток одновременно устанавливают на стол автомата,
- давление под колпаком равно 750 мм рт. ст., температура равна 295 К,
- стол с помощью автомата нагревают до температуры термовакуумной сушки Т0=373…423 К,
- автомат выключают,
- включают вакуумный насос и понижают давление под колпаком до 0,01 миллиметров ртутного столба,
- насос выключают,
- под колпак подают инертный газ под давлением,
- стол нагревают до температуры, на 20 градусов превышающей температуру плавления припоя,
- крышку прижимают к микрокорпусу с помощью прижимного штока,
- автомат отключают,
при этом микрокорпус остывает до комнатной температуры (293К), а давление внутри объема микрокорпуса достигает требуемого значения, которое определяется с помощью формулы
Р2=Р1 Т2/Т1, где
Р2 - требуемое значение давления внутри объема микрокорпуса,
Р1 - давление инертного газа, который подают под колпак,
Т2 - комнатная температура (293 К) в градусах Кельвина,
Т1 - температура, на 20 градусов превышающая температуру плавления припоя в градусах Кельвина.
Сущность изобретения.
Использование нагревательного прибора с автоматическим изменением температуры позволяет
во - первых, довести до плавления припой,
во - вторых, обеспечить требуемое значение давления в объеме микрокорпуса Р2 после его заполнения инертным газом при температуре Т1 и давлении Р1 и последующего остывания до температуры Т2, в соответствие с формулой
Р2=Р1×Т2/Т1.
Использование вакуумного насоса позволяет обеспечить пониженное давление до 0,01 миллиметров ртутного столба в объеме микрокорпуса и тем самым осуществить термовакуумную сушку микрокорпуса.
Использование прижимного штока ускоряет процесс растекания расплавленного припоя по поверхности и равномерно заполнить зазор между торцевой поверхностью отвесной стенки микрокорпуса и крышкой по всей поверхности из соприкосновения и тем самым повысить производительность.
Расплавленный припой, заполнивший зазор позволяет отделить объем микрокорпуса, наполненный инертным газом, от объема камеры под колпаком, что позволяет удалить инертный газ только из объема камеры по колпаком и сохранить его для дальнейшего использования, что позволяет снизить расход инертного газа.
Размещение группы одинаковых или различных по размерам оснасток одновременно на столе автомата позволяет, во - первых, снизить расход инертного газа, во - вторых, повысить производительность, в - третьих, уменьшить число монтажников.
Таким образом, комплексный подход в заявленном способе герметизации микрокорпусов позволит по сравнению с прототипом осуществить технологическую операцию вакуумной сушки, обеспечить требуемое давление инертного газа в объеме микрокорпуса, снизить расход инертного газа, повысить производительность, уменьшить число монтажников. Пример 1.
Предложенный способ был применен для герметизации микрокорпусов, использовалась следующая последовательность действий.
1. Была отобрана группа металлокерамических микрокорпусов, представляющих собой металлическое основание и отвесной стенки в виде обечайки, покрытые гальваническим золотом толщиной 3 микрона.
2. Между торцевой поверхностью отвесной стенки каждого микрокорпуса и крышкой располагали припой ПСр 2,5 виде преформы, повторяющей периметр торцевой поверхности, и укладывали в отдельную для каждого микрокорпуса оснастку. Температура плавления припоя ПСр 2,5 равняется 568 К.
3. Все оснастки устанавливали на стол автомата, который представлял собой нагревательный прибор с автоматическим изменением температуры.
4. Стол автомата размещали под колпаком атмосферной камеры.
5. Давление под колпаком было равно 760 мм рт. ст., температура 293 К.
6. Стол с помощью автомата нагревали до температуры термовакуумной сушки Т0=423 К.
7. Автомат выключали.
8. Включали вакуумный насос и понижали давление под колпаком до 0,01 мм рт. ст., тем самым обеспечили термовакуумную сушку всех микрокорпусов за один цикл вакуумизации.
9. Насос выключали.
10. Под колпак подавали аргон под давлением 1672 мм рт. ст.., при этом температура газа была комнатной (293 К).
11. Стол с помощью автомата нагревали до температуры Т1=588 К, что на 20 градусов превышает температуру плавления припоя ПСр 2,5. При нагревании стола давление под колпаком увеличивалось и составило Р1=1839,2 мм рт. ст.
12. Каждую крышку прижимали к каждому микрокорпусу с помощью прижимных штоков, которые выполнены таким образом, что позволяют создать независимое прижимное усилие для нескольких микрокорпусов сразу.
13. Автомат отключали.
Микрокорпуса остывали до комнатной температуры Т2=293 К, при этом давление внутри объема каждого микрокорпуса достигало требуемого значения, которое определяли с помощью формулы
Р2=P1×Т2/Т1=1839,2 × 293/588=916,5 мм рт. ст..
Пример 2.
Предложенный способ был применен для герметизации микрокорпусов, использовалась следующая последовательность действий.
1. Была отобрана группа металлокерамических микрокорпусов, представляющих собой металлическое основание и отвесной стенки в виде обечайки, покрытые гальваническим золотом толщиной 3 микрона.
2. Между торцевой поверхностью отвесной стенки каждого микрокорпуса и крышкой располагали припой ПСрОСЗ-58 виде преформы, повторяющей периметр торцевой поверхности, и укладывали в отдельную для каждого микрокорпуса оснастку. Температура плавления припоя ПСрОСЗ-58 равняется 463 К.
3. Все оснастки устанавливали на стол автомата, который представлял собой нагревательный прибор с автоматическим изменением температуры.
4. Стол автомата размещали под колпаком атмосферной камеры.
5. Давление под колпаком было равно 760 мм рт. ст., температура 293 К.
6. Стол с помощью автомата нагревали до температуры Т0=373 К.
7. Автомат выключали.
8. Включали вакуумный насос и понижали давление под колпаком до 0,01 мм рт. ст., тем самым обеспечили термовакуумную сушку всех микрокорпусов за один цикл вакуумизации.
9. Насос выключали.
10. Под колпак подавали азот под давлением 1406 мм рт. ст., при этом температура газа была комнатной (293 К).
11. Стол с помощью автомата нагревали до температуры Т1=483 К, что на 20 градусов превышает температуру плавления припоя ПСрОСЗ-58. При нагревании стола давление под колпаком увеличивалось и составило 1550,4 мм рт. ст.
12. Каждую крышку прижимали к каждому микрокорпусу с помощью прижимных штоков, которые выполнены таким образом, что позволяют создать независимое прижимное усилие для нескольких микрокорпусов сразу.
13. Автомат отключали.
Микрокорпуса остывали до комнатной температуры (293 К), а давление внутри объема каждого микрокорпуса достигало требуемого значения, которое определяется с помощью формулы
Р2=P1×T2/T1=1550,4 × 293/483=940,5 мм рт. ст.
Все операции по созданию требуемых давлений и температур проходили в автоматическом режиме с фиксацией времени, затрачиваемого на каждую операцию.
Количество микрокорпусов, герметизируемых за один процесс, зависит от их габаритов. Проверка герметичности швов осуществлялась несколькими способами:
1. Визуальным контролем при 16 - кратном увеличении.
2. Пузырьковым методом в спирте.
3. С помощью гелиевого течеискателя.
Таким образом, заявленный способ позволит осуществить технологическую операцию вакуумной сушки, обеспечить требуемое давление инертного газа в объеме микрокорпуса, снизить расход инертного газа, повысить производительность, уменьшить число операторов.