本实用新型公开了一种金属封装外壳密封结构，其包括金属围框和氧化锆陶瓷导管插芯，所述金属围框的其中一侧面上设有导管孔，所述金属围框的外侧面设有金属环，所述金属环的一端钎焊于所述导管孔所在侧面的外侧，所述氧化锆陶瓷导管插芯贯穿所述金属环至所述导管孔，所述氧化锆陶瓷导管插芯与所述金属环另一端之间采用高温玻璃密封封接，其中，所述金属环的线膨胀系数大于氧化锆陶瓷的膨胀系数。本实用新型中将其一端与氧化锆陶瓷导管高温玻璃封接方式密封，另一端与金属围框高温钎焊密封，从而达到氧化锆陶瓷导管高可靠的连接到用于光器件
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 210572893 U (45)授权公告日 2020.05.19 (21)申请号 5.8 (22)申请日 2019.10.28 (73)专利权人 中国电子科技集团公司第四十三 研究所 地址 230088 安徽省合肥市高新区合欢路 19号 (72)发明人 张庆卢彩红金鑫黄平 (74)专利代理机构 合肥天明专利事务所(普通 合伙) 34115 代理人 张梦媚 (51)Int.Cl. G02B 6/42(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (54)实用新型名称 一种金属封装外壳密封结构 (57)摘要 本实用新型公开了一种金属封装外壳密封 结构，其包括金属围框和氧化锆陶瓷导管插芯， 所述金属围框的其中一侧面上设有导管孔，所述 金属围框的外侧面设有金属环，所述金属环的一 端钎焊于所述导管孔所在侧面的外侧，所述氧化 锆陶瓷导管插芯贯穿所述金属环至所述导管孔， 所述氧化锆陶瓷导管插芯与所述金属环另一端 之间采用高温玻璃密封封接，其中，所述金属环 的线膨胀系数大于氧化锆陶瓷的膨胀系数。本实 用新型中将其一端与氧化锆陶瓷导管高温玻璃 封接方式密封，另一端与金属围框高温钎焊密 封，从而达到氧化锆陶瓷导管高可靠的连接到用 U 于光器件组装的金属封装外壳中，外壳的整体气 3 -3 3 9 密性满足≤1.0×10 Pa.cm /s。 8 2 7 5 0 1 2 N C CN 210572893 U 权利要求书 1/1页 1.一种金属封装外壳密封结构，其包括金属围框和氧化锆陶瓷导管插芯，所述金属围 框的其中一侧面上设有导管孔，其特征在于，所述金属围框的外侧面设有金属环，所述金属 环的一端钎焊于所述导管孔所在侧面的外侧，所述氧化锆陶瓷导管插芯贯穿所述金属环至 所述导管孔，所述氧化锆陶瓷导管插芯与所述金属环另一端之间采用高温玻璃密封封接， 其中，所述金属环的线膨胀系数大于氧化锆陶瓷的膨胀系数。 2.如权利要求1所述的金属封装外壳密封结构，其特征在于，所述金属围框的材质为膨 胀合金4J29或4J42。 3.如权利要求1所述的金属封装外壳密封结构，其特征在于，所述导管孔、所述金属环 和所述氧化锆陶瓷导管插芯同轴。 4.如权利要求1所述的金属封装外壳密封结构，其特征在于，所述金属环为10#钢或20# 钢。 5.如权利要求1所述的金属封装外壳密封结构，其特征在于，所述金属环包括玻璃封接 区和非玻璃密封区，其中，所述玻璃封接区的环壁厚不低于0.4mm，所述非玻璃密封区的环 壁厚为0.25-0.5mm；沿所述氧化锆陶瓷导管插芯向所述导管孔的延伸方向，所述玻璃封接 区的深度不低于0.8mm，所述非玻璃密封区的深度大于0.4mm。 6.如权利要求1所述的金属封装外壳密封结构，其特征在于，所述高温玻璃为玻璃预制 件，所述玻璃预制件为中空圆环结构，其外径与所述金属环的内径相同，其内径与所述氧化 锆陶瓷导管插芯的外径相同。 2 2 CN 210572893 U 说明书 1/3页 一种金属封装外壳密封结构 技术领域 [0001] 本实用新型属于微电子元器件模块封装领域，具体涉及一种金属封装外壳密封结 构。 背景技术 [0002] 微电子器件（英 语：Microelectronic Devices）主要是指能在芯片上实现的电 阻、电容、晶体管，有的特殊电路也将用到电感。光器件为微电子器件的一种，其主要分为有 源器件和无源器件，光有源器件是光通信系统中需要外加能源驱动工作的可以将电信号转 换成光信号或将光信号转换成电信号的光电子器件，是光传输系统的心脏。光无源器件是 不需要外加能源驱动工作的光电子器件。 [0003] 其中，传输光信号的光纤连接器，其核心和基础器件为陶瓷插芯，它起着连接、转 换、数据传输的媒介作用，氧化锆陶瓷导管插芯，广泛运用于光器件组装中，传统的氧化锆 陶瓷导管插芯的连接方式主要有套管方式嵌套、机械铆接形式和胶粘方式等，从而达到最 终与金属封装外壳内部器件连接的目的。但伴随着光器件的集成化、小型化的发展，传统的 氧化锆陶瓷导管插芯的连接方式无法同时满足与金属外壳直接连接且高可靠密封的要求。 实用新型内容 [0004] 有鉴于此，本实用新型有必要提供一种金属封装外壳密封结构及其封装方法，选 择金属环，将其一端与氧化锆陶瓷导管高温玻璃封接方式密封，另一端与金属围框高温钎 焊密封，从而达到氧化锆陶瓷导管高可靠的连接到用于光器件组装的金属封装外壳中，外 -3 3 壳的整体气密性满足≤1.0×10 Pa.cm /s，解决了现有技术中的氧化锆陶瓷导管插芯的 连接方式无法同时满足与金属外壳直接连接且高可靠密封的要求。 [0005] 为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案： [0006] 一种金属封装外壳密封结构，其包括金属围框和氧化锆陶瓷导管插芯，所述金属 围框的其中一侧面上设有导管孔，所述金属围框的外侧面设有金属环，所述金属环的一端 钎焊于所述导管孔所在侧面的外侧，所述氧化锆陶瓷导管插芯贯穿所述金属环至所述导管 孔，所述氧化锆陶瓷导管插芯与所述金属环另一端之间采用高温玻璃密封封接，其中，所述 金属环的线膨胀系数大于氧化锆陶瓷的膨胀系数。 [0007] 进一步的，所述金属围框的材质为膨胀合金4J29或4J42。 [0008] 进一步的，所述导管孔、所述金属环和所述氧化锆陶瓷导管插芯同轴。 [0009] 进一步的，所述金属环为10#钢或20#钢。 [0010] 进一步的，所述金属环包括玻璃封接区和非玻璃密封区，其中，所述玻璃封接区的 环壁厚不低于0.4mm，所述非玻璃密封区的环壁厚为0.25-0.5mm；沿所述氧化锆陶瓷导管插 芯向所述导管孔的延伸方向，所述玻璃封接区的深度不低于0.8mm，所述非玻璃密封区的深 度大于0.4mm。 [0011] 进一步的，所述高温玻璃为玻璃预制件，所述玻璃预制件为中空圆环结构，其外径 3 3 CN 210572893 U 说明书 2/3页 与所述金属环的内径相同，其内径与所述氧化锆陶瓷导管插芯的外径相同。 [0012] 与现有技术相比，本实用新型首先通过金属-玻璃-陶瓷的压力封接密封技术原 理，将金属-玻璃-陶瓷组成高可靠密封组件，把异质金属组件高温钎焊到金属围框上，从而 达到将氧化锆陶瓷导管直接封接到金属外壳上的目的，与金属封装外壳成为一体化的结构 形式，这种一体化密封结构，既达到了连接简便可靠，满足光器件光纤连接的目的，又同时 -3 3 满足气密性封装的要求，外壳气密性可满足 ≤1.0×10 Pa.cm /s。 附图说明 [0013] 图1为本实用新型中一较佳实施例中金属封装外壳密封结构的剖面结构示意图； [0014] 图2为图1中氧化锆陶瓷导管插芯2和金属环3的密封剖面结构示意图； [0015] 图3为图1中金属环3的剖面结构示意图。 [0016] 图中：1-金属围框，2-氧化锆陶瓷导管插芯，3-金属环，4-高温合金焊料，5-高温玻 璃，11-导管孔，31-玻璃封接区，32-非玻璃密封区。 具体实施方式 [0017] 为了便于理解本实用新型，下面将结合具体的实施例对本实用新型进行更全面的 描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。 相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。 [0018] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领 域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为 了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。 [0019] 请参阅图1，本实施例中公开了一种金属封装外壳密封结构，其包括金属围框1和 氧化锆陶瓷导管插芯2，在金属围框1的其中一侧面上设有导管孔11，在金属围框1的侧面外 侧设有金属环3，具体来说，金属环3的一端钎焊于导管孔11所在侧面的外侧，氧化锆陶瓷导 管插芯2贯穿金属环3至导管孔11，这样金属围框1内主要设有光器件，导管孔11形成了氧化 锆陶瓷导管插芯2与金属围框1内的光器件的连接通道。具体的，金属围框1选择线ppm/k之间的膨胀合金，在本实施例中优选膨胀合金4J29或4J42。这里优选金属 围框1的选择，主要是为了与后续的钨铜底座及安装在钨铜底座上的芯片膨胀系数一致，因 此，优选了这个线膨胀系数范围内的膨胀合金作为金属围框1。 [0020] 进一步的，金属环3采用的是线膨胀系数大于氧化锆陶瓷的金属材料，本实施例 中，金属环3和氧化锆陶瓷导管插芯2之间填充高温玻璃5，从而利用金属-玻璃-陶瓷的压力 封接密封技术，只有金属环3的膨胀系数大于玻璃和氧化锆陶瓷，金属环3在高温熔封冷却 收缩过程中，才会挤压高温玻璃5和氧化锆陶瓷导管插芯2，从而形成密封界面。具体的，本 实施例中优选的金属环3的线ppm/k，本实施例中优选的金属环3的材 质为10#钢或20#钢。请结合图3和图1参阅，金属环3包括玻璃封接区31和非玻璃密封区32， 其玻璃封接区31所在端与氧化锆陶瓷导管插芯2高温玻璃封接，其非玻璃密封区32所在端 通过高温合金焊料4与金属围框1钎焊在一起。具体来说，玻璃封接区31的金属环3的环壁厚 不低于0.4mm，非玻璃密封区32的金属环3的环壁厚为0.25-0.5mm；沿氧化锆陶瓷导管插芯2 向导管孔11的延伸方向，玻璃封接区31的金属环3的深度不低于0.8mm，非玻璃密封区32的 4 4 CN 210572893 U 说明书 3/3页 金属环3的深度大于0.4mm，从而满足异质金属间钎焊结构低应力的要求，同时为高温合金 焊料4的预制件的嵌套提供定位作用。 [0021] 如图2中所示的，本实施中的高温玻璃5为玻璃预制件，其为中空的圆环结构，这种 玻璃预制件的外径与金属环3的内径相同，其内径与氧化锆陶瓷导管插芯2的外径相同，优 选的，玻璃预制件为膨胀系数在8.9-9.5ppm/k，沿氧化锆陶瓷导管插芯2向导管孔11的延伸 方向，玻璃预制件的深度不低于0.8mm，具体来说，玻璃预制件的深度与玻璃封接区31的深 度保持一致，保证组件的密封性。 [0022] 更具体的，本实施例中的导管孔11、金属环3和氧化锆陶瓷导管插芯2同轴，更进一 步的保证金属封装外壳的气密性。 [0023] 经过本实施例中金属封装外壳密封结构，其气密性采用GJB548B《微电子器件试验 -3 方法和程序》方法1014.2进行测试，本实施例中的金属封装外壳气密性可满足 ≤1.0×10 3 Pa.cm /s。 [0024] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。 [0025] 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于 本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。 5 5 CN 210572893 U 说明书附图 1/2页 图1 图2 6 6 CN 210572893 U 说明书附图 2/2页 图3 7 7
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