平行縫焊用蓋板可靠性研究.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除天馬行空官方博客：/tmxk_docin ；QQ:1318241189；QQ群：175569632平行縫焊用蓋板可靠性研究摘要： 本文主要闡述了平行縫焊用蓋板影響封裝可靠性的五個方面問題。并且討論得它的解決辦法。 1 引言 目前平行縫焊工藝在有氣密性要求的各種電子封裝中大量使用。由于密封過程中封裝體的溫升較低、不使用焊料、對器件性能影響較小、焊接強度高等優(yōu)點，在對溫度較敏感的電子元器件，如集成電路、混合集成電路、表面安裝型石英晶體振蕩器、諧振器以及聲表面波濾波器(SAW)等電子元器件封裝中普遍采用。其封裝氣密性可達：漏率L110-3Pacm3S(He)，是一種可靠性較高的封帽方式，可用于氣密性要求較高的封裝中。 平行縫焊雖然是一種可靠性較高的封帽方式，但作為平行縫焊重要部件-平行縫焊用蓋板，它是平行縫焊重要的結(jié)構(gòu)性材料，對封裝中氣密性及氣密性成品率有重要影響。要想提高平行縫焊的可靠性，除了封裝底座要有高的質(zhì)量，還必須要有高質(zhì)量的蓋板。而高質(zhì)量的平行縫焊蓋板必須具備：熱膨脹系數(shù)與底座焊環(huán)的相同，與瓷體的相近。焊接熔點溫度要盡可能低。耐腐蝕性能優(yōu)良。尺寸誤差小。平整、光潔、毛刺小、沾污少等特性。下面就分別闡述高質(zhì)量平行縫焊蓋板所必需具備的幾個要素。2 熱膨脹系數(shù)的匹配 平行縫焊蓋板的熱膨脹系數(shù)主要取決于蓋板基礎(chǔ)體材料本身。首先要依據(jù)底座焊環(huán)的熱膨脹系數(shù)來決定蓋板基體材料的選擇。目前用量最大的是氧化鋁陶瓷底座，其次就是可伐(KOVAR合金)底座。而與陶瓷膨脹系數(shù)相匹配的金屬焊環(huán)是KOVAR合金或4J42鐵鎳合金。因此，我公司生產(chǎn)的平行縫焊用蓋板均采用KOVAR合金材料，與陶瓷底座相匹配。這一材料封帽成品率高(99.5)，封裝后器件經(jīng)-55+150、50次循環(huán)，漏氣L910-8710-10atmcm3s(相當(dāng)于910-3710-5Pacm3s(He)。3 焊接熔點溫度要求 平行縫焊焊接熔點溫度高低對于保護電子元器件性能不受影響是個比較關(guān)鍵的技術(shù)問題。我們知道半導(dǎo)體器件、石英晶體振蕩器對于高溫都比較敏感。如果封裝體溫升偏高，會使石英晶體振蕩頻率偏離設(shè)計范圍、誤差加大，甚至使器件失效。為了保護所封裝電路及石英晶體振蕩器等電子元器件性能及成品率，必須努力降低焊接熔點溫度，以減少封焊時所產(chǎn)生的溫升。有時溫升太高，還會使陶瓷底座與焊環(huán)因應(yīng)力而開裂、甚至使焊環(huán)金屬化脫落等，造成 整個器件報廢，降低焊接熔點溫度有利于提高封帽的成品率和可靠性。而KOVAR材料熔點為1460，鐵鎳合金4J42熔點也高達1440，若要降低平行縫焊焊接熔點溫度，就要在蓋板鍍層上來解決問題。平行縫焊蓋板常用鍍鎳、鍍金或鍍鎳合金的工藝。純鎳的熔點為1453，純金的溫度為1063。我們開始采用電鍍鎳，發(fā)現(xiàn)無法降低熔點焊接溫度。因為電解鍍鎳接近于純鎳，其熔點溫度高，在用戶焊接時需要采用較大的電流，可焊性差。只有合金鎳才能有效降低熔點溫度?；冩嚭辖鹩墟嚵缀辖鸷玩嚺鸷辖穑琢吭?2.4Wt時達到最低。參見圖1和圖2。從圖1可以看出，鎳磷合金最低熔點880，比鎳硼最低溫度1093低。顯然采用鍍鎳磷合金較優(yōu)。但含磷量也不宜太高，太高了玻璃相增多，硬度太大，平行縫焊時易產(chǎn)生微裂紋。采用含磷量適中的工藝配方，在實際生產(chǎn)及用戶使用中均取得了滿意的效果。鍍鎳蓋板在經(jīng)氫氣爐中高溫(780)退火和不退火，其使用效果無明顯差異。選用化鍍鎳磷，還有一種考慮，就是鍍層的體電阻和接觸電阻、化鍍鎳磷鍍層的電阻比較大，其電導(dǎo)率一般為(1.472.22)106n-1m-1，電解鍍層的電導(dǎo)率為13.7106n-1m-1。顯而易見，化學(xué)鍍鎳層的電阻要比電解鍍鎳層大。因平行縫焊實質(zhì)上是電阻焊，在焊接過程中其電阻集中在電極與蓋板接觸處，也就是鍍層部位應(yīng)要有較大電阻，體電阻大的鍍層其接觸電阻大，這樣脈沖電流通過時，其產(chǎn)生的熱量就集中在電極接觸處，使接觸處蓋板與焊框熔融而結(jié)合在一起。因此其電阻大些是有好處的。4 耐腐蝕性能作為高可靠平行縫焊蓋板，耐銹蝕性能是非常重要的。尤其是器件在潮濕及海洋性氣候條件下工作。如果耐腐蝕性差，該器件將很快銹蝕穿孔而失效。因此人們在蓋板鍍鎳工藝配方及工藝優(yōu)化上做了大量的工作。發(fā)現(xiàn)化鍍鎳的耐腐蝕性能在鍍層厚度同樣條件下要比電解鍍鎳的好、酸性化鍍鎳的要比堿性化鍍鎳的好、鍍層厚些的要比鍍層薄些的好、僅鍍鎳的要比鍍鎳后再鍍金的好、基體材料光潔度高的要比光潔度低的好。國外許多有耐腐蝕要求的軍用蓋板就只鍍鎳而不鍍金。我公司鍍鎳的蓋板在某晶振生產(chǎn)廠的摸底試驗中已通過了溫度40、相對濕度9095、500小時耐腐蝕考核，其結(jié)果與日本同類產(chǎn)品不相上下。5 平行縫焊蓋板尺寸的確定及誤差平行縫焊工序一般是產(chǎn)品生產(chǎn)中較后的重要工序，其成品率的高低對成本影響很大。尤其在當(dāng)今電子元器件規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化大生產(chǎn)中，對產(chǎn)品的成品率及可靠性提出了非常苛刻的要求，成品率要達到99.8以上，因此要求對蓋板尺寸精度提出更高的要求。作為IC封帽用的平行縫焊，蓋板尺寸應(yīng)比焊環(huán)尺寸小0.100.20mm，作為石英晶體振蕩器外殼平縫焊蓋板尺寸也應(yīng)比焊環(huán)尺寸小0.050.2mm，但確定尺寸后其同一批產(chǎn)品公差應(yīng)在0.03mm之內(nèi)，否則平行縫焊過程中的成品率會出現(xiàn)較大波動，甚至使生產(chǎn)無法正常進行。 6 平行縫焊蓋板平整度、毛刺及表面質(zhì)量平行縫焊蓋板要求平整度高，其材料就要求平整，不應(yīng)有彎曲現(xiàn)象。成品蓋板的平整度應(yīng)小于0.005mmmm，毛刺也應(yīng)小于0.005mm，否則對封帽氣密性及氣密性成品率、封帽強度也有影響。表面光潔度、塵埃等亦對器件產(chǎn)品質(zhì)量有極大影響。要求塵埃粒度盡可能小，數(shù)量盡可能少。尤其作為高密度封裝的集成電路及聲表面波(SAW)其塵埃粒度應(yīng)小于1，粒數(shù)不能超過4個。因此蓋板生產(chǎn)涂鍍及蓋板檢驗及包裝均應(yīng)在潔凈車間進行。7 小結(jié)以上闡述了平行縫焊用蓋板封裝可靠性相關(guān)的