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平行縫焊在集成電路管殼氣密性封裝中的應(yīng)用
對(duì)于氣密性封裝而言，封蓋質(zhì)量是影響最終封裝的可靠性及合格率的關(guān)鍵所在。在微電子集成電路的高可靠氣密封裝中，蓋板密封技術(shù)主要包括低溫合金焊料熔封、平行縫焊、低溫玻璃熔封、儲(chǔ)能焊及激光焊等幾種形式。其中，平行縫焊是一種升溫小、氣密性高的高可靠性封蓋方式，普遍用于對(duì)水汽含量和氣密性要求標(biāo)準(zhǔn)較高的陶瓷封裝和金屬管殼封裝中。
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平行縫焊在集成電路管殼氣密性封裝中的應(yīng)用

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一、平行縫焊的工作原理

平行縫焊屬于電阻熔焊，在焊接時(shí)電極在移動(dòng)的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)(通過(guò)電極滾輪)，在一定的壓力下電極之間斷續(xù)通電，進(jìn)行點(diǎn)焊，通過(guò)流經(jīng)一組平行的銅合金滾輪電極的焊接電流在電極與蓋板、蓋板與焊環(huán)之間這兩個(gè)高阻處產(chǎn)生焦耳熱，當(dāng)溫度超過(guò)表面鍍層熔點(diǎn)時(shí)，鍍層熔化并形成合金后將蓋板與焊環(huán)密封。從它的焊接軌跡看像一條縫，所以也稱為“縫焊”。

平行縫焊在集成電路管殼氣密性封裝中的應(yīng)用

圖??平行縫焊工作示意圖，來(lái)源：Avio
此過(guò)程中，除了焊環(huán)、蓋板表面鍍層的熔化外，或多或少還存在部分蓋板基體材料的熔化。由于整個(gè)封帽過(guò)程中僅在焊環(huán)處發(fā)生焊接行為，外殼整體溫度并沒(méi)有像其他兩種蓋板熔封工藝一樣同步升高。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)優(yōu)化，縫焊過(guò)程中外殼的溫度可以很容易控制在100℃以下。因此平行縫焊通常被認(rèn)為是一種局部高溫、整體低溫的封帽技術(shù)。

平行縫焊在集成電路管殼氣密性封裝中的應(yīng)用

圖???理想的焊縫重疊
縫焊最重要的是斷續(xù)的縫焊軌跡之間沒(méi)有間隔。平行縫焊的焊縫是由幾十甚至上百個(gè)連續(xù)的焊點(diǎn)組合而成，為保證焊縫的密封性，焊點(diǎn)必須相互重疊，重疊部分控制在30%~50%通?？梢员ＷC焊縫的連續(xù)，如圖所示。當(dāng)重疊過(guò)少，焊縫中出現(xiàn)斷點(diǎn)而導(dǎo)致漏氣；重疊過(guò)多，焊縫本身沒(méi)有問(wèn)題但總的焊點(diǎn)數(shù)會(huì)增多，而每一個(gè)焊點(diǎn)的形成都是個(gè)高溫過(guò)程，倘若焊接時(shí)間不變，高溫過(guò)程越多引入的熱應(yīng)力越大，對(duì)外殼的熱沖擊也越大，出現(xiàn)焊環(huán)、瓷體間結(jié)合處開裂甚至瓷體炸裂的可能性自然也會(huì)增大。重疊過(guò)多還會(huì)增加基體金屬的暴露機(jī)會(huì)，過(guò)多的基體材料的暴露會(huì)加深鹽霧試驗(yàn)中的腐蝕，嚴(yán)重者甚至還會(huì)出現(xiàn)焊縫銹蝕穿孔，并直接導(dǎo)致后續(xù)密封試驗(yàn)中的失效。因此焊縫質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)平行縫焊產(chǎn)品的密封質(zhì)量、可靠性影響較大。

二、影響平行縫焊的因素

與合金焊料熔封、低溫玻璃熔封兩種封帽工藝不同，平行縫焊所形成的焊縫寬度通常只有0.2~0.4 mm，比前兩種封帽方式形成的焊縫窄很多。因?yàn)楹缚p較窄小，縫焊過(guò)程一個(gè)很小的異常將可能導(dǎo)致氣密性不良或其他不良現(xiàn)象發(fā)生。
平行縫焊在集成電路管殼氣密性封裝中的應(yīng)用
圖源：Avio
影響平行縫焊質(zhì)量的因素很多：
1）夾具的設(shè)計(jì)
為防止電極輪在管殼上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)管殼移動(dòng)，這樣就對(duì)家居設(shè)計(jì)提出更高要求；
2）蓋板的質(zhì)量
蓋板待封裝區(qū)域邊緣厚度要薄，表面平整、較高光潔度，拐角半徑控制在1.4-1.5mm范圍，使其R同電極錐度達(dá)到良好配合，耐腐蝕性良好。
3）蓋板與基座的匹配
蓋板與管座的匹配對(duì)氣密性有著直接影響，蓋板封邊緣的厚度、倒角成都、大小等，以及熱膨脹系數(shù)相匹配；目前用量最大的氧化鋁陶瓷底座，與陶瓷熱膨脹系數(shù)相匹配的的金屬焊環(huán)是可伐合金或4J42鐵鎳合金，蓋板可采用可伐合金。
4）電極狀況
電極表面的平整度、潔凈度以及電極的位置變化對(duì)于縫焊的最終可靠性有著直接影響；
5）平行縫焊各工藝參數(shù)的匹配
關(guān)鍵的工藝參數(shù)主要包括焊接功率?(焊接電流)、脈沖寬度、脈沖占空比、電極滾動(dòng)速度及電極壓力等。
平行縫焊過(guò)程中，焊縫位置附近的實(shí)際溫度通常都超過(guò)1000℃，甚至高達(dá)1600~1 700℃，因此，實(shí)際形成縫焊的過(guò)程中，在焊環(huán)與陶瓷結(jié)合部位通常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大的溫度梯度并產(chǎn)生一定程度的熱應(yīng)力，倘若工藝控制不當(dāng)?shù)脑?，引入的熱?yīng)力會(huì)導(dǎo)致焊環(huán)與陶瓷之間的開裂。此外，焊接參數(shù)設(shè)置不當(dāng)也會(huì)直接帶來(lái)漏氣問(wèn)題。

三、平行縫焊的應(yīng)用領(lǐng)域

平行縫焊過(guò)程主要是在蓋板局部產(chǎn)生溫升，被廣泛用于混合電路、微電子單片集成電路以及對(duì)溫度較敏感器件的氣密封裝，如晶體器件、光學(xué)器件、傳感器、MEMS等產(chǎn)品的線性、線性陣列或旋轉(zhuǎn)體封裝。

資料來(lái)源：

1.《平行縫焊與蓋板》，侯正軍、宋備剛、丁鵬等；
2.《平行縫焊機(jī)的陣列焊設(shè)計(jì)》，馮哲、李曉燕等；
3.《影響平行縫焊效果的各工藝參數(shù)的分析》，郭建波、孫寅虎、蘇新越；
4.《平行縫焊焊縫質(zhì)量的評(píng)判》，肖漢武；
5.《淺談電極對(duì)平行縫焊質(zhì)量的影響》，姚秀華、劉笛；
推薦活動(dòng)：【邀請(qǐng)函】第七屆陶瓷封裝管殼產(chǎn)業(yè)論壇（11月30日 蘇州）
第七屆陶瓷封裝管殼產(chǎn)業(yè)論壇
The?7th Ceramic Packages?Industry Forum
2023年11月30日
蘇州匯融廣場(chǎng)假日酒店
（虎丘區(qū)城際路21號(hào) 近高鐵蘇州新區(qū)站）
01
暫定議題

序

號(hào)

暫定議題

擬邀請(qǐng)企業(yè)

1

半導(dǎo)體陶瓷封裝外殼仿真設(shè)計(jì)

擬邀請(qǐng)仿真設(shè)計(jì)專家

2

多層陶瓷集成電路封裝外殼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b企業(yè)

3

光通信技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝外殼的應(yīng)用趨勢(shì)

擬邀請(qǐng)光通信企業(yè)

4

多層陶瓷封裝外殼的生產(chǎn)工藝和可靠性設(shè)計(jì)

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b企業(yè)

5

多層陶瓷高溫共燒關(guān)鍵技術(shù)介紹

擬邀請(qǐng)HTCC企業(yè)

6

電子封裝用陶瓷材料研究現(xiàn)狀

擬邀請(qǐng)材料企業(yè)

7

多層共燒金屬化氮化鋁陶瓷工藝研究

擬邀請(qǐng)氮化鋁企業(yè)

8

HTCC陶瓷封裝用電子漿料的開發(fā)

擬邀請(qǐng)導(dǎo)電漿料企業(yè)

9

多層共燒陶瓷燒結(jié)關(guān)鍵技術(shù)探討

擬邀請(qǐng)燒結(jié)設(shè)備企業(yè)

10

陶瓷封裝外殼的焊料開發(fā)

擬邀請(qǐng)焊材企業(yè)

11

電子封裝異質(zhì)材料高可靠連接研究進(jìn)展

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b企業(yè)

12

厚膜印刷技術(shù)在陶瓷封裝外殼的應(yīng)用

擬邀請(qǐng)印刷相關(guān)企業(yè)

13

高精密疊層機(jī)應(yīng)用于多層陶瓷基板

擬邀請(qǐng)疊層設(shè)備

14

陶瓷封裝管殼表面處理工藝技術(shù)

擬邀請(qǐng)表面處理企業(yè)

15

激光技術(shù)在陶瓷封裝管殼領(lǐng)域的應(yīng)用

擬邀請(qǐng)激光企業(yè)

16

陶瓷封裝釬焊工藝介紹

擬邀請(qǐng)釬焊設(shè)備企業(yè)

17

半導(dǎo)體芯片管殼封裝及設(shè)備介紹

擬邀請(qǐng)封焊設(shè)備企業(yè)

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全自動(dòng)高速氦檢漏系統(tǒng)在陶瓷封裝領(lǐng)域的應(yīng)用

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芯片封裝殼體自動(dòng)化測(cè)量方案

擬邀請(qǐng)檢測(cè)設(shè)備企業(yè)

20

等離子清洗在高密度陶瓷封裝外殼上的應(yīng)用

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作者 gan, lanjie

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