Герметичный корпус микромодуля и способ его изготовления

 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к корпусам электрических приборов, в частности к герметичным корпусам, и может использоваться в конструкциях, к которым предъявляются высокие требования по герметичности и весовым характеристикам, а также теплоотводу. Сущность: с целью повышения степени герметичности корпуса при сохранении хороших весовых характеристик и теплоотвода, присущих корпусам из алюминиевых сплавов, в корпусе, содержащем основание 1 и по крайней мере одну крышку 2, выполненные из алюминиевого сплава и герметично соединенные между собой по периметру, в месте соединения к основанию 1 и крышке 2 диффузной сваркой прикреплены рамки 3, 4 из титанового сплава, а соединение рамок 3, 4 между собой по периметру выполнены сваркой. Для изготовления указанного корпуса предлагается способ, в котором наряду с основанием 1 и крышкой 2 изготавливают рамки 3, 4 из титанового сплава, осуществляют сборку основания 1 и крышки 2 с предназначенными для них рамками 3, 4, проводят диффузионную сварку рамок 3, 4 с соответствующими основанием 1 и крышкой 2 в вакууме, контролируют герметичность основания 1 и крышки 2, после чего производят сборку всего корпуса и сварку рамок 3, 4 между собой. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к корпусам электрических приборов, в частности к герметичным закрытым корпусам, и может использоваться в конструкциях, к которым предъявляются высокие требования по герметичности и весовым характеристикам, а также к теплоотводу через поверхность корпуса.

Известен корпус микросхемы (авт. св. N 707457, кл. Н 01 L 23/08), состоящий из крышки и основания, выполненных из титана и соединенных между собой по отбортовке контурной контактной сваркой с образованием герметичного соединения.

Однако корпус, выполненный из титана, обладает существенными недостатками, обусловленными свойствами самого материала титан, такими как низкая теплопроводность и достаточно большая удельная плотность материала.

Указанное ограничивает возможность применения корпусов из титана в конструкциях, к которым предъявляются высокие требования по герметичности в сочетании с высокими весовыми характеристиками и большой рассеиваемой мощностью (теплоотводом).

Известен способ изготовления корпуса микросхемы (авт. св. N 707457, кл. Н 01 L 23/08), по которому крышку и основание корпуса вырубают из титановой ленты штамповкой на нескольких штампах с дальнейшей фрезеровкой основания, а соединение крышки с основанием производится контурной контактной сваркой.

Однако данным способом нельзя изготовить герметичный корпус, который будет удовлетворять одновременно высоким требованиям по степени герметичности, весовым характеристикам и теплоотводу. Наиболее близким из известных является герметичный корпус микромодуля из алюминиевых сплавов (авт. св. N 1568275, кл. Н 05 К 5/06), содержащий кожух и крышку, соединенные по периметру паяным швом по покрытию. В пазу, образованном по периметру соединения кожуха с крышкой, размещена уплотнительная резиновая прокладка и луженая медная проволока. Однако данный корпус, обладая хорошими весовыми характеристиками и теплоотводом, не обеспечивает требуемой степени герметичности 1˙10^-4 мм рт.ст/сек из-за дефектов покрытия под пайку и наличия микротрещин в структуре самого припоя по всему паяному шву.

Наиболее близким из известных является способ изготовления герметичного корпуса алюминия (авт. св. N 1568275, кл. Н 05 К 5/06). 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.

Однако данным способом нельзя изготовить герметичный корпус из алюминиевых сплавов, поскольку при нанесении гальванического покрытия под пайку образуются дефекты на поверхности соединяемых деталей, а также сам припой содержит большое количество микронесплошностей, что снижает степень герметичности корпуса в особенности больших габаритов из-за большой протяженности (длины) паяного шва.

Предлагаемое устройство решает задачу повышения степени герметичности корпуса при сохранении хороших весовых характеристик и теплоотвода, присущих корпусам из алюминиевых сплавов.

Предлагаемый способ решает задачу создания технологии изготовления заявляемого корпуса микромодуля, обладающего высокой герметичностью, а также хорошими весовыми характеристиками и теплоотводом.

Поставленные задачи решаются следующим образом.

В корпусе, содержащем основание и по крайней мере одну крышку, выполненные из алюминиевого сплава и герметично соединенные между собой по периметру, в месте соединения к основанию и крышке диффузионной сваркой прикреплены рамки из титанового сплава, а соединение рамок между собой по периметру выполнено сваркой.

В заявляемом способе наряду с изготовлением основания и крышки (крышек) осуществляют изготовление титановых рамок, после чего производят сборку основания и крышки с предназначенными для них рамками. Затем в вакууме проводят диффузионную сварку рамок с основанием и крышкой (крышками), контролируют герметичность основания и крышки (крышек), после чего производят сборку всего корпуса и сварку рамок между собой.

Технический результат, заключающийся в получении высокой герметичности корпуса при сохранении хороших весовых характеристик и теплоотвода, удается получить за счет оригинальной конструкции корпуса. Весь корпус практически выполнен из алюминия и только в месте соединения крышки и основания используются титановые рамки. В этом случае соединение крышки и корпуса можно выполнить сваркой, что дает возможность получить герметичное однородное по структуре соединение без трещин, микронесплошностей и других дефектов.

Сравнение с техническими решениями, известными из опубликованных источников информации, показывает, что заявленные технические решения содержат новые совокупности отличительных признаков, причем из известного уровня техники не следует, что данные совокупности отличительных признаков приводят к достижению указанных технических результатов, что в свою очередь доказывает соответствие заявляемых технических решений критериям изобретения "Новизна" и "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 дан вариант конструкции корпуса с одной крышкой; на фиг. 2 вариант конструкции корпуса с двумя крышками.

Предлагаемый корпус (фиг. 1) содержит основание 1, крышку 2, рамки 3 и 4, при этом рамка 3 диффузионной сваркой прикреплена к основанию 1, а рамка 4 также диффузионной сваркой к крышке 2. Сами рамки 3 и 4 выполнены из титанового сплава, а основание 1 и крышка 2 из алюминиевого сплава. Pамки 3 и 4 соединены между собой сваркой.

В качестве материала рамок был применен титановый сплав Вт 1-0, а в качестве материала основания и крышки алюминиевый сплав АМц. Соединение рамок между собой проводилось импульсной лазерной или импульсной микроплазменной сваркой.

На фиг. 2 представлена другая конструкция корпуса микромодуля с двумя крышками. В качестве материала крышки и основания могут использоваться также сплав АМг6, а материала рамок сплав Вт 1-00. Степень герметичности корпуса определяется габаритными размерами корпуса, но на тех же самых габаритах, что и у паяных корпусов можно степень герметичности повысить на порядок.

Предложенный корпус изготавливается следующим образом.

Крышка 2 корпуса вырезается и фрезеруется по габаритным размерам из алюминиевого листа. Основание 1 корпуса фрезеруется по габаритным размерам из алюминиевой плиты. Рамки 3 и 4 свариваются из отфрезерованных в требуемый размер пластин титанового сплава двусторонней импульсной лазерной сваркой, а затем диффузионной сваркой в вакууме привариваются к основанию 1 и крышке 2. Для диффузионной сварки в вакууме используется серийная установка ДСВ или любая другая вакуумная печь (с необходимыми габаритами камеры), обеспечивающая требуемую температуру и глубину вакуума. При проведении диффузионной сварки соблюдались следующие режимы: разрежение в камере не более 5х10^-5 мм рт. ст. температура сварки 590.600^оС, скорость нагрева 10. 20^о/мин, усилие сжатия 14.15 МПа, выдержка при темпера- туре сварки 15.20 мин, отключение вакуумной системы при темпера- туре не более 80^оС.

Необходимое усилие сжатия деталей обеспечивалось устройством, принцип действия которого основан на разнице коэффициентов температурного расширения свариваемых деталей и материала оснастки, что широко используется для создания усилия сжатия в технологических процессах.

После диффузионной сварки основание 1 и крышку 2 контролируют на герметичность, производят сборку микромодуля и затем направляют на операцию герметизации, выполняемую сваркой.

Заключительная операция выполняется импульсной микроплазменной сваркой на установке типа МПУ-4 на следующих режимах: ток сварки прямой полярности 24,0 А, длительность импульса 0,16 с, длительность паузы 0,08 с, скорость сварки 13.15 м/ч, расход плазмообразу- ющего газа (аргон) 0,3.0,4 л/мин, расход защитного газа (аргон) 4.5 л/мин, диаметр электрода 1,6 мм, диаметр канала сопла 1,7 мм, глубина погружения электрода внутри сопла 1,0.1,2 мм.

Заключительную операцию сварки можно выполнять также и импульсной лазерной сваркой на следующих режимах: энергия лазерного излу- чения 7.8 Дж, величина накачки 580.590 В,
диаметр пучка лазерного излучения 1,0.1,2 мм,
длительность повторения
импульсов лазерного излучения 4,0 мс, кратность светового пятна 4*,
величина расфокуси- ровки 6.7 единиц,
частота повторения
импульсов лазерного излучения 10 Гц, скорость сварки 3,8.4,0 м/ч,
расход защитного газа (аргон) 0,6.0,8 л/мин.

Основание корпуса может быть изготовлено также и любым другим способом, например сваркой из пластин алюминиевого сплава, что позволяет получить значительную экономию металла.

Рамки можно вырезать в пакете из титановых пластин по внутреннему контуру способом электроискровой обработки металла или вырубать в штампе на прессе.

Предлагаемый способ может быть реализован на любом серийном оборудовании с использованием типовых приспособлений.

Формула изобретения

1. Герметичный корпус микромодуля, содержащий выполненные из алюминиевого сплава, основания и по крайней мере одну крышку, герметично соединенные между собой по периметру, отличающийся тем, что основание и крышка снабжены размещенными в месте их соединения рамками, выполненными из титанового сплава, при этом одна рамка герметично соединена с основанием посредством сварного шва, а другая рамка герметично соединена с крышкой посредством сварного шва, причем рамки основания и крышки соответственно герметично соединены между собой посредством сварного шва.

2. Способ изготовления герметичного корпуса микромодуля, включающий изготовление основания и крышки из алюминиевого сплава, совмещение основания с крышкой и герметичное соединение между собой по периметру с последующим контролем герметичности места их соединения, отличающийся тем, что дополнительно изготавливают ролики из титанового сплава, перед совмещением основания с крышкой основание герметично соединяют с одной рамкой диффузионной сваркой в вакууме, крышку герметично соединяют с другой рамкой диффузионной сваркой в вакууме, осуществляют контроль герметичности сварных швов основания и крышки с соответствующими рамками, причем совмещение основания и крышки осуществляют путем совмещения их рамок между собой, герметичное соединение основания к крышке по периметру осуществляют путем сварки их рамок между собой по периметру, а контроль герметичности места соединения основания и крышки осуществляют по сварному шву соединения рамок основания и крышки.

РИСУНКИ

Рисунок 1