自制外壳设计通用规范管壳设计规范.docx
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自制外壳设计通用规范管壳设计规范
自制外壳设计通用规范
1范围
1.1主题内容
本标准根据我所实际，结合相关国标，规定了我所自制混合电路、模块电路及组件电路成品管壳通用设计技术要求。
1.2适用范围
本标准适用于我所混合、模块、组件电路常用自制管壳的设计。
2引用文件
GJB360A电子及电子元件试验方法
GJB548A微电子器件试验方法和程序
GB819-85十字槽螺钉
GB/T6117.1-1996直柄立铣刀
GB6060.2-1997机加工
GB6060.5-88抛丸、喷砂
GB/T6060.1-1997铸造
3自制管壳通用设计要求（混合、模块、组件）
3.1金属材料选择
金属材料应从10＃钢、可伐、专用铝合金、铁镍合金、一般硬铝、铜材等中选取。
3.2表面处理
壳体和引出端的处理，应根据产品的要求选用下列一种或多种镀涂处理方法。
3.2.1电镀
1、镀锡（在基金属上或在镀镍层上）
2、镀镍
3、镀镍磷
4、镀金（镀金工艺可在电镀镍和化学镀镍上进行）
3.2.2其它
铝合金外壳进行喷砂、染色、氧化等处理。
3.3外形尺寸公差确定
管壳外形尺寸长、宽、高的确定：
一般情况下长、宽、高的公称值根据用户给定的值确定，如果用户给定的值是极大值，则长、宽、高的公称值是极大值减去0.1～0.2。
长、宽、高的公差一般为负公差
3.4定位孔公差确定
定位孔包括管壳的安装孔、引出端的定位孔、管壳内部基板安装定位孔、盖板安装定位孔。
其孔间距尺寸公差一般为
。
3.5管壳内圆角处理
在一般情况下，圆角半径参照GB/T6117.1－1996直柄立铣刀的直径确定。
以下为立铣刀的直径（mm）范围：
2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、71。
当以上直径的铣刀做出来的圆角不能满足要求时，再选择做除小于R1以外的其它圆角。
这种圆角需用数控机床才能完成。
3.6管壳表面粗糙度
管壳表面粗糙度一般为外表面粗糙度1.6，内表面粗糙度3.2；盖板表面粗糙度1.6。
不同的加工方式能达到的粗糙度参照表1，在设计时，确定合理的表面粗糙度值既能满足要求，又能具有合理管壳造价。
越高的表面粗糙度，就代表加工难度越大，造价也越高。
表1表面粗糙度
表面加工方式
表面粗糙度参数公称值（µm）
铸造（GB/T6060.1-1997）
0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，50，100
机加工
（GB6060.2-1997）
磨
0.025，0.05，0.1，0.2，0.4，0.8，1.6，3.2
车、镗
0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5
铣
0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5
插、刨
0.8，1.6，3.2，6.3，12.5
电火花（GB6060.3-86）
0.4，0.8，1.6，3.2，12.5
抛光（GB6060.4-88）
0.012，0.025，0.05，0.1，0.2，0.4，0.8
喷丸、喷砂（GB6060.5-88）
0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，50，100
3.7紧固件
图1为GB819-85十字槽沉头螺钉外形图，表2列举十字槽沉头螺钉的一些重要参数。
图1十字槽沉头螺钉
表2常用十字槽沉头螺钉参数表
尺寸符号
螺钉规格
d
K
a
L
M1.4
2.4
0.6
3～10
M1.6
3
1
0.7
3～16
M2
3.8
1.2
0.8
3～20
M2.5
4.7
1.5
0.9
3～25
M3
5.5
1.65
1
4～30
M4
8.4
2.7
1.4
5～40
公称长度（L）系列：
3，4，5，6，8，10，12，（14），16，20，25，30，35，40。
带括号的长度尽可能不采用。
3.8沉头孔
图2为沉头孔画法图例，说明了沉头孔的表示方法，应标注的尺寸，尺寸与要配合的螺钉的一些相互关系，沉头孔距盖板边的距离，以及盖板一般应具有的厚度等。
图2沉头孔图例
图2中各个参数的确定：
1、沉头孔的角度应为90°；
2、Φ′＝d＋0.4（d为配套螺钉的参数值）；
3、Φ″＝配套螺钉的规格值（如M1.4螺钉的规格值为1.4）＋（0.2～0.3）；
4、H≥K＋0.1（K为配套螺钉的参数值）；
5、D＝Φ′/2＋（0.5～1.0）。
3.9引出端
表3列举了常用引出端材料及其主要相关物理性能
表3常用引出端材料及其主要相关物理性能
材料类型
直径规格
（mm）
热膨胀系数（×10-6/℃）
电阻率
（μΩ•cm）
备注
可伐4J29
0.5
5.2
50
0.8
1
1.5
铁镍4J50
0.5
9.7
44
1
可伐包铜丝
0.78
11
11.1
铜芯直径为0.27
1
11.5
8.9
铜芯直径为0.5
1.5
11.5
8.9
铜芯直径为0.7
紫铜
1.5
16.24
1.63
2.0
16.24
1.63
在确定引出端材料时，应首选可伐4J29，当需要考虑引出端电阻时，选可伐包铜丝，铁镍4J50应用较少。
紫铜主要用来解决有大电流通过引出端的情况，但紫铜不采用玻璃熔封。
引出端间距、跨距的确定：
引出端间距、跨距一般情况下应是2.54的整倍数值，如2.54、5.08、7.62等，特殊情况下由用户指定。
按引出端位置和形状划分的引出方式：
1、垂直管壳底部直线引出
2、垂直管壳侧壁直线引出
3、垂直管壳侧壁直线折弯90°引出
按引出端封装形式划分的引出方式：
1、玻璃熔封式
2、芯柱式（带螺纹式和不带螺纹式）
3、聚四氟隔离式
4、灌胶隔离式
玻璃熔封式引出端应用在把引出端直接封装在管壳上；芯柱式引出端应用在电路入壳后再安装引出端的情况；聚四氟隔离式引出端应用在引出端材料不能进行玻璃熔封，即不能采用玻璃熔封式引出端和
芯柱式引出端，而又要求先电路入壳后安装引出端的情况；灌胶隔离式引出端应用在引出端需要从管壳盖板或盖帽上引出来，引出端事先焊接在电路板上的情况。
3.10引出端玻璃熔封
表4指定与引出端设计配套的玻璃绝缘子大小、开孔孔径、开孔长度、应用材料、外壳玻璃熔封孔长度之间的配合关系
表4
材料类型
密封可伐管壳用玻璃
密封铁管壳用玻璃
密封铝管壳用玻璃
外径（mm）
2.56
2.56
2.56
2.56
2.16
2.16
2.16
1.6
1.3
1.1
2.45
2.56
2.16
内径（mm）
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
0.55
0.55
0.55
1.05
1.05
0.55
高度（mm）
1.5
1.8
2.0
2.5
1.5
1.8
2.0
2.0
2.0
1.5
2.0
1.5～2.0
热膨胀系数10-6/℃
4.8
9.5
绝缘性
大于500MΩ（500V下测）
引出端直径（mm）
1～0.5
0.5
1～0.5
1～0.5
0.5
应用管壳材料
可伐铁镍合金10#钢
10#钢
铝
外壳玻璃熔封孔直径（mm）
2.6
2.6
2.6
2.6
2.2
2.2
2.2
1.7
1.4
1.2
2.5
2
1.2
外壳玻璃熔封孔长度（mm）
1～2.5（最佳1.5）
1～2.5（最佳1.5）
1.2～2.5（最佳1.5）
对于同一直径的引出端，选用小直径的密封用玻璃比选用大直径的密封用玻璃熔封难度要大，但小直径密封用玻璃熔封出来的管壳气密性的可靠性优于大直径的密封用玻璃。
密封铝管壳用玻璃的外壳玻璃熔封孔直径设计值因玻璃熔封工艺的后续处理要求，比密封铝管壳用玻璃外径要小，但在设计时应考虑外壳玻璃熔封孔直径最后会在玻璃熔封工艺中加工成Φ2.7或Φ2.3的情况。
在确定外壳玻璃熔封孔长度时，要根据密封用玻璃的高度来确定，如果密封用玻璃的高度大大高于玻璃熔封孔长度时，烧结出来玻璃绝缘子会超出金属。
如果电路在入壳时，电路要与玻璃绝缘子接触，就应考虑玻璃绝缘子烧结后高于管壳底部对电路入壳的影响。
在特殊要求下可以两个密封用玻璃串在一起，如用高度为2.0的密封用玻璃，外壳玻璃熔封孔长度可以为4.0。
3.11芯柱设计
在某些管壳不便于直接在管壳上进行玻璃熔封引出端时，可以使用芯柱来安装引出端。
现芯柱有三种基本样式：
螺纹芯柱台阶芯柱直筒芯柱
图3螺纹芯柱
图4台阶芯柱
图5直筒芯柱
螺纹芯柱是在芯柱上带有螺纹，管壳上相应安装孔应是螺纹孔。
螺纹芯柱可以直接旋转固定在管壳上，可以不用焊接在管壳上。
螺纹芯柱的安装一般需要专用安装工具，在设计引出端间距，以及引出端与其它构件的间距时，应充分考虑是否能进行安装。
台阶芯柱能方便地烙铁锡焊在管壳上。
直筒芯柱的焊接一般采用在芯柱金属套上涂上焊膏，在加热台上连带管壳一起加热焊接在管壳上。
芯柱的玻璃熔封应满足引出端玻璃熔封的匹配规则。
3.12自制外壳管座型号命名方法
表5说明自制外壳管座型号命名方法
表5自制外壳管座型号命名
第一部分
第二部分
第三部分
第四部分
第五部分
第六部分
第七部分
用字母表示封装结构
用字母表示结构形式
用数字表示外壳外形尺寸
长×宽（mm）
用数字表示引脚数
用字母表示管壳类型
用字母区别相同命名不同管座
用字母表示带法兰盘
符号
含义
符号
含义
符号
含义
符号
含义
符号
含义
符号
含义
符号
含义
M
金属双列直插外壳
P
平底型
7050
（例）
长70
宽50
Z8
（例）
Z表示直引出端
8表示引出端数量
H
M
Z
混合电路管壳
模块电路管壳
组件管壳
A
B
C
.
.
.
用字母区别相同命名不同管座
-F
表示管座带法兰盘
Q
浅腔型
Ms
金属四周直插外壳
P
平底型
Q
浅腔型
Mb
金属扁平
外壳
W8
（例）
W表示弯引出端
8表示引出端数量
P
金属塑料复合外壳
Mt
金属特殊外壳
说明：
表5自制外壳管座型号命名中的长和宽数值是对管座长和宽取整后所得值。
例：
MQ5151Z12HA-F型号管座命名说明
3.13自制外壳盖板、盖帽型号命名方法
表6说明自制外壳盖板、盖帽型号命名方法
表6自制外壳盖板、盖帽型号命名
第一部分
第二部分
第三部分
用字母表示盖板、盖帽结构
用数字表示盖板、盖帽外形尺寸
长×宽（mm）
用字母区别相同命名不同盖板、盖帽
符号
含义
符号
含义
符号
含义
SL
台阶型盖板
4134
（例）
长41
宽34
A
B
C
.
.
.
用字母区别相同命名不同盖板、盖帽
FL
平板型盖板
SC
无翻边型盖板
FC
翻边型盖板
说明：
表6自制外壳盖板、盖帽型号命名中的长和宽数值是对盖板、盖帽长和宽取整后所得值。
例：
SL4134A型盖板命名说明
4各种自制特殊管壳的设计要求
4.1储能焊管壳设计规范
储能焊管壳在加工中需要对管座和盖帽进行开模，在模具加工下，管壳加工一致性较好，有利于进行批量生产，批量生产下能降低管壳生产成本。
管壳密封性能好，封帽方式简单、快速。
储能焊管壳不具有返修性，一但开帽，管壳不能再进行封装。
当储能焊盖帽周长≤170mm时，现我所储能焊设备才能保证气密性。
图6为储能焊管壳的管座图，图7为储能焊管壳的盖帽图。
图6储能焊管壳管座图
图7储能焊管壳盖帽图
储能焊管壳管座加工中的技术说明应包含如下内容：
1、管座表面镀镍镀金或镀镍（混合电路采用电镀镍工艺）；
2、引出端镀镍或镀镍镀锡或镀锡；
3、管座表面粗糙度1.6；
4、管座材料：
10#钢或可伐
5、管座所配盖帽型号：
储能焊管壳盖帽加工中的技术说明应包含如下内容：
1、盖帽镀镍（混合电路采用化学镀镍工艺）；
2、盖帽要求翻边陡直；
3、盖帽与管座以配合无明显松动为准；
4、盖帽粗糙度外表面粗糙度1.6，内表面粗糙度3.2；
5、盖帽材料：
10#钢或可伐。
储能焊管壳管座和盖帽材料的配对关系：
1、管座10#钢配盖帽可伐
2、管座可伐配盖帽10#钢
3、管座10#钢配管帽10#钢
由于可伐相对于10#钢要昂贵许多倍，因此当电路不要求气密性时，管壳材料应选10#钢。
表7说明了储能焊管壳设计中各个尺寸之间的相互关系以及一些确定值。
表7储能焊管壳管座与管帽基本配合关系
尺寸符号
数值
尺寸符号
数值
公称
公差
公称
公差
L1
L2－2×H4－（0.9～1.1）×2
H2
0.5
L2
H3
H2＋0.3
L3
（L2－L1－2×H4）/4
H4
≥0.3
L4
0.3
H5
管壳总高－H3＋0.1
L5
L1
R1
1
L6
L2
R2
R1＋（L2－L1）/2
D1
D2－2×H4－（0.9～1.1）×2
R3
R4＋0.15
D2
R4
R1＋（L2－L1－2×H4）/4
D3
D1
R5
R1－0.2
D4
D2
R6
R2
H1
1.5
R7
≥0.5
在表7中L2－L1一般情况下应等于D2－D1。
管壳封装后总高度公称值应按H5＋H3－H4－H1－0.2计算，实际值还需要考虑各个值的公差累积。
4.2平行封焊管壳设计规范
平行封焊管壳管座部分采用机械加工铣的方法加工出来，盖板采用腐蚀的方法加工出来，因此整个管壳的加工批量性不如储能焊管壳。
平行封焊管壳管壳封帽简单、快速。
平行封焊管壳管壳能进行返修，在开帽之后，可以重新进行封装。
图8和图9分别为平行封焊管壳管座和盖板设计示意图。
图8平行封焊管壳管座
图9平行封焊管壳盖板
平行封焊管壳管座加工中的技术说明应包含如下内容：
1、管座表面镀镍镀金或镀镍（混合电路采用化学镀镍工艺）；
2、引出端镀镍或镀镍镀锡或镀锡；
3、管座外表面粗糙度1.6，内表面粗糙度3.2；
4、管座材料：
10#钢或可伐或铁镍合金；
5、管座所配盖板型号：
平行封焊管壳盖板加工中的技术说明应包含如下内容：
1、盖板镀镍（混合电路采用化学镀镍工艺）；
2、盖板表面粗糙度1.6；
3、盖板材料：
4J42。
表8说明了平行封焊管壳设计中各个尺寸之间的相互关系以及一些确定值。
表8平行封焊管壳管座与盖板基本配合关系
尺寸符号
数值
尺寸符号
数值
公称
公差
公称
公差
L1
H1
管壳总高度－H2
L2
H2
0.1
L3
L1－0.9
H3
0.4
L4
L2－0.1
R1
0.8
D1
R2
根据需要
D2
R3
R2
D3
D1－0.9
R4
R1
D4
D2－0.1
4.3激光封帽管壳设计规范
激光焊接的优点在于能够焊接形状复杂的工件，相对于其它封帽方式来说，在专用铝管壳的封装上优势明显。
10#钢、铁镍合金的激光封帽管壳容易封焊，所需激光能量相对较小，对氙灯消费相对减少。
在专用铝合金封焊中，所需激光能量相对较大，对氙灯消耗相对增多。
现片与片激光焊接工艺方式有如图10中的四种方式：
（a）对焊（b）端焊（c）中心穿透熔化焊（d）中心穿孔熔化焊
从焊接方式来看，管壳的样式应该有多种方式。
但目前只采用了对焊方式，根据对焊方式，目前激光封焊管壳有两种基本形式，即平板式和嵌入式。
图11和图12分别是激光封帽平板式管壳管座和盖板图，平板式管壳需焊接四条边，每焊一条边需重新调整夹具，焊接效率较低。
为提高焊接效率，需要把焊缝设计在同一平面上，一次装夹就能完成焊接封装。
嵌入式管壳就满足这一要求。
图13和图14分别是激光封帽嵌入式管壳管座和盖板图。
嵌入式管壳的焊接效率比平板式管壳要高，但嵌入式管壳却要比平板式管壳加工难度大。
图10片与片的焊接方式
图11激光封帽平板式管壳管座图
图12激光封帽平板式管壳盖板图
激光封帽平板式管壳管座与盖板尺寸配合关系如下：
L1＝L2D1＝D2
L1、L2、L3、L4的公差为
图13激光封帽嵌入式管壳管座图
图14激光封帽嵌入式管壳盖板图
表9说明激光封帽嵌入式管壳管座与盖板的基本尺寸配合关系
表9激光封帽嵌入式管壳管座与盖板的基本配合关系
尺寸符号
数值
尺寸符号
数值
公称
公差
公称
公差
L1
H1
H2
L2
L1
H2
D1
R1
R2
D2
D1
R2
激光封帽管壳管座加工中的技术说明应包含如下内容：
1、管座表面电镀半亮镍或电镀暗镍；
2、引出端镀镍或镀镍镀锡或镀锡；
3、管座外表面粗糙度1.6，内表面粗糙度3.2；
4、管座材料：
10#钢或铁镍合金或专用铝；
5、管座所配盖板型号：
激光封帽管壳盖板加工中的技术说明应包含如下内容：
1、盖板表面电镀半亮镍或电镀暗镍；
2、盖板表面粗糙度1.6；
3、盖帽材料：
10#钢或铁镍合金或专用铝。
激光封帽管壳管座与盖板材料的配对关系：
1、管座10#钢配盖板10#钢
2、管座铁镍合金配盖板铁镍合金
3、管座10#钢配盖板铁镍合金
4、管座铁镍合金配盖板10#钢
5、管座专用铝配盖板专用铝
4.4锡封管壳设计规范
目前较常用的锡封管壳有两种结构：
嵌入型和平台型。
嵌入型和平台型锡封管壳需要开模加工，锡封相对方便简单。
PIND、水气含量目前无法保证。
4.4.1嵌入型锡封管壳设计
图15和图16分别是嵌入型锡封管壳管座和盖帽的设计示意图
图15嵌入型锡封管壳管座图
图16嵌入型锡封管壳盖帽图
嵌入型锡封管壳是把管座放在管帽的凸筋上，由管座的台阶与管帽壁之间形成凹槽，封帽时在凹槽中焊上焊锡。
表10说明了15和图16中嵌入型锡封管壳设计中各个尺寸之间的相互关系以及一些确定值。
表10嵌入型锡封管壳管座与盖帽的基本配合关系
尺寸符号
数值
尺寸符号
数值
公称
公差
公称
公差
L1
L2－0.05
R1
1
L2
R2
0.8
D1
D2－0.05
A
E-0.1
D2
B
1.5
T
0.8～1
C
≥4.5
W
≥1.5
H
E
嵌入型锡封管壳管座加工中的技术说明应包含如下内容：
1、管座表面镀镍；
2、引出端镀镍或镀镍镀锡或镀锡；
3、管座表面粗糙度1.6；
4、管座材料：
10#钢或铁镍合金；
5、管座所配盖帽型号：
嵌入型锡封管壳盖帽加工中的技术说明应包含如下内容：
1、盖帽表面镀镍；
2、盖帽外表面粗糙度1.6，内表面粗糙度3.2；
3、盖帽材料：
10#钢或铁镍合金。
嵌入型锡封管壳管座与盖板材料的配对关系：
1、管座10#钢配盖帽10#钢
2、管座10#钢配盖帽铁镍合金
3、管座铁镍合金配盖帽10#钢
4、管座铁镍合金配盖帽铁镍合金
4.4.2平台型锡封管壳设计
图17平台型锡封管壳管座图
图18平台型锡封管壳管帽图
平台型锡封管壳是把管帽盖在管座的台阶上，封帽时在管座的台阶与管帽壁间焊上焊锡。
表11说明了图17和图18中平台型锡封管壳设计中各个尺寸之间的相互关系以及一些确定值。
表11平台型锡封管壳管座与盖帽的基本配合关系
尺寸符号
数值
尺寸符号
数值
公称
公差
公称
公差
L1
R1
1
L2
L1
R2
0.8
D1
H
D2
D1
W
≥H+0.4
T
0.7
平台型锡封管壳管座加工中的技术说明应包含如下内容：
1、座表面镀镍；
2、出端镀镍或镀镍镀锡或镀锡；
3、管座表面粗糙度1.6；
4、管座材料：
10#钢或铁镍合金；
5、管座所配盖帽型号：
平台型锡封管壳盖帽加工中的技术说明应包含如下内容：
1、帽表面镀镍；
2、盖帽外表面粗糙度1.6，内表面粗糙度3.2；
3、盖帽材料：
10#钢或铁镍合金。
平台型锡封管壳管座与盖板材料的配对关系：
1、座10#钢配盖帽10#钢
2、座10#钢配盖帽铁镍合金
3、管座铁镍合金配盖帽10#钢
4、管座铁镍合金配盖帽铁镍合金
附表
附表1公制螺纹螺距、底孔直径尺寸
公称直径
牙距
底孔直径
公称直径
牙距
底孔直径
M1.2
C0.25
1
M2
C0.4
1.6
X0.2
0.93
X0.25
1.75
M1.4
C0.3
1.2
M3
C0.5
2.5
X0.2
1.1
X0.35
2.65
M1.6
C0.35
1.4
M4
C0.7
3.3
X0.2
1.2
X0.5
3.5
M1
C0.25
0.7
X0.2
0.8
附表2金属封装常用镀层及其相关物理性能
材料类型
热膨胀系数
10-6/℃
热导率
W/（m•k）
熔点℃
电阻率
μΩ•cm
可钎焊性
（锡基焊料）
金
14
297
1063
2.2
易形成脆性
电镀镍
13
92
1455
6.8
好
化学镀镍磷
14
900
65
差
锡
23
65.7
232
11.3
好
附表3常用封装材料的激光焊接性能
材料
性能
可伐合金
焊接良好
4J42合金
焊接良好
碳钢（Steel,Carbon）
碳含量低于0.25%时焊接质量很好，碳含量高于0.25%可能导致脆性和裂纹
1100铝合金
良好的焊接，无裂纹
2219铝合金
无裂纹，不需填充金属
2024/5052/6061铝合金
需要4047铝合金作为填充金属以保证气密性和无焊接裂纹
铍青铜（BerylliumCopper）
合金成份越高焊接质量越好
铜（Copper）
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