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SMT平行封焊工艺研究

时间:2016-11-02 14:34 来源:未知 作者:admin 点击:
1 引言
随着航空、航天技术的发展以及军用、民用等复杂电子装备的研制和大量生产,人们对电子元器件和微电子器件的质量与可靠性提出愈来愈苛刻的要求。因此,对器件进行性能优良的气密性封装,有效保护器件免受外界环境的影响至关重要。
2 平行封焊原理及工艺过程
2.1 平行封焊原理
平行封焊属于电阻焊,在封焊时,电极在移动的同时转动(通过电极轮),在一定的压力下电极之间断续通电,由于电极与盖板及盖板与焊框之间存在接触电阻,根据能量公式(Q=I2Rt),焊接电流将在这2个接触电阻处产生焦耳热量,使其盖板与焊框之间局部形成熔融状态,凝固后形成焊点,从它的封焊轨迹看像一条封,所以也称为"缝焊"。
封装形式有方形封、圆形封和阵列封。对方形管壳而言,当管壳前进通过电极完成其两边的焊接后,工作台自动旋转90°,继续前进通过电极,再焊两条对边,这样就形成了管壳的整个封装;而对圆形管壳来说,只需工作台旋转180°即可完成整个管壳的封装。
2.2 平行封焊工艺过程
(1)预操作
器件表面的氧化物、污垢、油和其它杂质增大了接触电阻,影响各个焊点加热的不均匀性,使焊接质量波动,因此彻底清洁器件表面是保证优质焊接的必要条件。
封焊之前,要对待封器件进行加热和抽真空等预操作,从而降低器件腔内的湿度和氧气含量,使芯片不受外界因素的影响而损坏并对芯片起到保护作用。
(2)焊接操作
焊接模式分为方形焊和圆形焊2种。方形焊模式是先经过点焊然后再进行两对边的封焊完成焊接,主要是针对方形管壳;圆形焊模式是旋转180°完成焊接,主要是针对圆形管壳,但由于采用圆形焊模式电极与管壳接触比较稳定,也被用在长宽比例不大的方形管壳焊接。焊接流程见图2。
在封正品之前,必须先对管座进行试封,在确保机器性能比较稳定,各个封焊工艺参数都比较匹配的情况下,再对正品进行封焊,使其封焊成品率尽可能达到最高。
(3)检漏
通常我们把温度设为25℃,在高压一侧为1个大气压(101.33 kPa)、低压一侧压力不大于0.013 kPa时,单位时间内从高压一侧流过细微漏孔进入封装结构的腔体中的干燥空气量,称为标准漏气速率,其表示单位用Pa·cm3/s或Pa·m3/s。检漏包括细检和粗检,通常要求泄漏率低于1×10-8Pa·m3/s。
① 细检。采用以氦气为示踪气体的氦质谱仪,借助质谱的分析方法,通过测定真空系统中氦气分压强的变化来检查封装结构的细微漏孔。测试时首先向封焊好的器件内压入氦气,然后在真空状态下抽出氦气,测定所抽出氦气的量来判定气密性。
②粗检。采用碳氟化合物液体进行检测,测试时在盛放高温(125℃±5℃)碳氟化合物液体的容器内放入封焊好的器件(30~60 s),根据气泡的有无来判定气密性。此方法只能检查是否有孔、穴等漏洞。
检测时应该先做细检再做粗检,因为如果有比较大的漏洞,先做粗检会使氦气无法保持在管壳内。
3 平行封焊工艺参数
封焊工艺参数主要包括,焊接电流(电压、功率)、焊接速度、焊接压力等。
3.1 焊接电流
焊接电流是由焊接电源决定的,焊接电源主要有单相交流式、电容储能式、晶体管式和逆变式4种,由于逆变焊接电源体积小、重量轻、节能省材,而且控制性能好,动态响应快,易于实现焊接过程的实时控制,是焊接电源的发展方向。
根据能量公式可知,形成焊点所需的热量与焊接电流的平方成正比。若电流太小,则不能形成熔焊点,影响气密性;若电流太大,管壳受到的热冲击太大则可能会把盖板烧坏。
为了减小方形管壳角部焊接能量,电流波形宜采用斜率控制方式,具体实现如图3所示;为了使采用圆形焊方式焊方形管壳时保持焊接能量的一致性,电流波形宜采用功率调制控制方式,具体实现如图4所示。
3.2 焊接速度
焊接速度太小,焊接总时间延长,焊接热量大,管壳温升高,且焊封轨迹不平整,有小的凹痕。焊接速度过大,焊封不连续,有可能漏气。
3.3 焊接压力
压力的改变,会改变接触电阻,由能量公式可知,焊点强度随着焊接压力的增大而减小,解决的办法是在增大压力的同时,增大焊接电流。
3.4 其它
除了以上工艺参数以外,影响平行封焊的因素还有夹具的设计、电极的位置、盖板质量和盖板与管壳的匹配等,另外封焊设备本身的可靠性也是影响封焊质量的因素之一。
夹具的中心最好与转台中心一致,夹具夹牢管壳,否则焊接过程中电极可能会把管壳粘起来;左、右电极位置保持在同一高度和同一水平线上且尽量对称;电极滚轮要定期打磨和更换,否则会影响焊接均匀性;盖板尺寸不能太大或太小,而且拐角最好有倒角,因为方形管壳的焊接电极与盖板角接触两次,焊接热量会影响焊接效果;采用阶梯形盖板,焊接时错位的可能性会大大减小。
没有绝对的工艺参数,只有优化工艺参数,才能提高焊接质量。在封焊完器件后,对封装过程中出现的现象进行适当的总结,有待封装技术的进一步提高。
封焊常见问题及解决办法见表1。
4 结论
工艺和设备是紧密联系的整体,设备开发是为了满足工艺要求,而只有深入研究工艺,进而改进设备,设备开发才能更贴近用户的需要,才更具有市场竞争力。

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