科普学习|气密性封装之平行封焊（缝焊）基础一
发布时间
2024-05-24
微电子器件气密性封装主要分为平行封焊（缝焊）、储能封焊、激光封焊及真空共晶回流炉金锡融封，平行封焊主要应用于金属陶瓷管壳，是应用场景最多的一种气密封装形式。
平行封焊（缝焊）的原理主要通过两个圆锥形电极与盖板接触后，给电流提供了一个闭合的回路。当两电极沿着金属盖板边缘滚动时，两电极间经过一系列短的高频功率脉冲，在电极与盖板接触点处产生极高的局部热量，使盖板上的金属层熔化、形成一个连续完整的缝焊区域。
即：Q=I²*R*T, （I 电流；R 电阻；t 时间）。
平行封焊（缝焊）一般在氮气环境中进行，氮气环境由气密性手套箱提供，手套箱由烘箱、氮气箱体、出料仓、真空泵、氮气纯化系统、水分析测试仪、氧分析测试仪等组成，首先器件需要放置中烘箱中进行烘烤，根据工艺要求烘烤时间、温度、真空等可在程序中设定，水氧分析仪检测箱体内的水氧含量从而提供封焊焊接的标准环境，配备氮气纯化系统能够使箱体中的氮气自动进入到纯化系统中除水除氧后再进入到箱体中，能够快速达到封焊要求的水氧含量，同时能节约氮气的使用量，平行封焊的具体流程见下图：
平行封焊（缝焊）作为应用最广泛的气密性封装形式，具有如下优点：
（1）、局部加热，对芯片热冲击小；成本低。
（2）、封焊（缝焊）前需对器件进行真空烘烤，可降低管腔内的水氧含量，控制腔体内部气氛。
（3）、封焊（缝焊）过程中充惰性气体，其压强与大气压差不多，器件使用过程中内外压强的平衡，可长时间工作。
（4）、封焊（缝焊）过程基本属于自动化控制，人工干预少，使得封装工艺更为稳定，成品率较高。
同时也存在一些不足之处：
（1）、平缝在熔焊时，壳体盖板表面镀层熔化，同时破坏了镀层结构，会导致抗盐雾性能下降。
（2）、平缝只能对矩形、圆形等规则管壳进行缝焊，并且要求盖板表面在同一个平面上。
（3）、平缝封焊时，若工艺参数调节不当，输入能量过大，易造成热量在管壳上的累积后器件过热。（金属外壳，可能导致玻璃绝缘子处开裂；对于陶瓷管壳，这可能引起分层和开裂）；平行缝焊的焊缝温度高，但管壳主体温升要求低，在焊环与陶瓷结合部位通常会出现较大的温度梯度，会产生一定程度的热应力。
（4）、平行缝焊的上下料是手动操作，可能出现盖板对准偏差或污染。对准偏差大，会导致焊接时打火烧蚀表面焊缝或焊料飞溅导致封焊区焊料缺失；焊接面污染，易形成气孔等缺陷。
气密性封装有多种形式，需要根据管壳材料、盖板材料、焊料成分，管壳形状厚度以及老化筛选要求等综合来选择。
（未完待续）
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