封装外壳的特性跟结构设计要求

[一]、金属封装外壳的特性
随着现代电子信息技术的速度适宜发展，电子系统及设备向大规模集成化、小型化和优良性方向发展。电子封装正在与电子设计及一起，共同推动着信息化社会的发展。由于电子器件和电子装置中元器件复杂性和密集性的日益提高，因此迫切需要研究和设备性能优异、可满足各种需求的新型电子封装材料。
硅铝合金复合材料是金属基复合材料(MetalMatrixComposite)的一种，是以铝为基体，以硅为增强体，按确定的质量百分比进行人工合成的复合材料。铝硅之间有着良好的润湿性，金属外壳在制备过程中没有中间化合物产生，所以硅铝复合材料较好地继承了增强体和基本的优良特性。
硅铝合金复合材料具有密度低(小于2.7g/cm3)、热膨胀系数在确定范围内可调、热传导性能良好，以及较高的强度和刚度，与金、银、铜、镍可镀，与基材可焊，易于机加工等性能，符合电子封装技术朝小型化、轻量化、密度好组装化方向发展的要求。硅铝合金复合材料是一种与LTCC，GaAS热膨胀系数相匹配的高导热、强度、电子封装材料，可从系统设计的角度解决机载、弹载与航天工程项目中的整体散热问题。因此，迫切需要通过机械加工、镀覆、焊接等工艺技术攻关研究工作，确定硅铝合金复合材料加工工艺方法及主要技术参数。
由于有源相控阵优良的波束捷变能力及多目标跟能力，相控阵导引头己经成为未来导引头发展的主要方向。TR组件是毫米波相控阵导引头的重要部件，其相关技术比较宽泛，包括TR组件外壳加工、复合微带电路工艺、陶瓷薄膜电路工艺、LTCC集成技术、表面处理技术、微组装工艺和封装工艺等。其中，往往是实现其性能稳定技战术指标的关键。此外，由于以LTCC，GaAs为代表的高发热芯片易发生热失效问题，解决TR组件外壳与高发热芯片之间的热匹配问题也是实现其性能稳定技战术指标的关键环节。
[二]、蝶形微波器外壳的结构设计要求
TR组件目前常用的高功率发热芯片主要有GaAs，GaN和LTCC，其中典型的整体蝶形微波器外壳TR组件的几乎都为封闭式盒体结构。GaAs，GaN芯片直接或间接(有过渡层)焊接在壳体上，然后和印制板进行键合，然后整个盒体进行密封装。
该种形式TR的气密封装形式简便，但是厚度受限，一般不低于5mm。我所目前常用微波、毫米波TR组件主要是Ku，K，Ka频段，半波长在5~11毫米。当TR组件的厚度受限时，就采用局部气密封装的形式，将天线和TR做成LTCC然后将LTCC焊接在TR背板上，对LTCC进行局部气密封。
相控阵毫米波导引头TR组件由于厚度受限，设计采用局部气密封装方式。相控阵毫米波导引头天线的间距为9mm，TR组件封装外壳典型结构为间距9mm的砖式结构。双面焊接LTCC基板，单面焊接2片，该TR背板上要同时集成LTCC及收发电路，中间还有部分波导，尺寸小，器件集成度好，安装定位要素多，精度要求高。该TR背板不仅是所有元器件的安装载体，也是整个TR抵抗环境应力破坏的基体，对设计该背板的材料除应与LTCC进行热匹配外，还应有足够的强度抵抗冲击、振动等环境因素的破坏。
为了与芯片的热膨胀系数相匹配以减少工作时芯片受热应力破坏的可能，应根据芯片的热膨胀系数选择与之相近的硅铝合金复合材料，硅铝合金复合材料的导热系数目前外洋有5，6，7，9，11，13，15，17等规格，国内厂家的产品还不能全部覆盖外洋的规格。由于加工性能和采购周期的限制，结合对国内相关使用情况的调研结果，对膨胀系数为9和11两种规格的材料进行了相关的验证。从试验结果来看，膨胀系数为9和11的硅铝合金复合材料材料LTCC封装的TR组件壳体的要求
除上述电路总体要求外，由于相控阵毫米波导引头项目TR组件外壳采用新型封装材料硅铝合金复合材料为基体材料，因其高脆性特点，结合气密封装性与环境适应性要求，结构设计需保护其加工工艺性、镀覆性能、焊接性能以及使用性能等。