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平行缝焊工艺抗盐雾腐蚀技术研究-盖板表面镀层

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发布人:奔普仪器   浏览   次【字号 】 发布时间:2012年6月30日 打印本页
3.1.2优化焊接工艺技术

    抗盐雾产品在焊缝过程中,需要剔除焊框焊区有凹凸、深划痕、毛飞边,盖板凹凸不平、缺损、毛刺大的管壳,这些缺陷都会对抗盐雾产生影响。电极材料必须控制在一定的硬度指标,不能因电极磨损沾污焊边,同时,电极表面必须保持光洁度;缝焊过程中,电极出现电蚀或明显的磨损后必须即时更换。

    电极锥度控制在13°~15°较为理想。采用小锥度电极,使电极与盖板焊框接触面增大,拐角电场及热集中减弱,打火和过热烧蚀减轻,但小锥度电极会使焊缝变宽,增加焊边损伤面积,造成焊边不光滑、电极磨损快等缺点。

    由于平行缝焊工艺在盖板角部存在一个引导边焊接,因此通常在角部进行两次焊接,而且拐角处的热场明显大于其他位置,如图5所示。

平行缝焊盖板角部重叠焊接示意图

    采用常规焊接技术缝焊的产品,在盐雾试验后,可以看出在四个角部区域出现明显的锈蚀点,如图6所示。

角部出现的锈蚀

    为了解决角部的锈蚀问题,在焊接程序中,通过把每边开始与结束位置1mm处的焊接功率降低50W,则可通过降低角部的焊接能量来减小角部的焊接损伤,且角部经过重复焊接后,对气密性不会有影响。图7所示为焊接过程中功率调节示意图,上面线段为焊接功率,下面线段为焊接周期。

焊接焊边功率调节示意图

    图8所示为角部功率进行调节后样品的盐雾试验结果,从图中可以看出,角部的锈蚀得到明显改善。

功率调节厚盐雾试验结果

    通过工艺的优化,可以减小平行缝焊产品焊边的盐雾锈蚀面积,在不增加封装成本和工艺更改的情况下,提升产品的抗盐雾能力。

    3.2Au80Sn20合金焊料封盖

    带AuSn合金焊料环的盖板,其封盖原理通常是通过熔封炉加热整个外壳,当炉温达到或超过焊料的玻璃转换温度时,使焊料熔化后在基座封接环的金属化区产生均匀致密的焊料浸润,形成气密性焊接。由于金具有很高的化学稳定性,Au80Sn20合金焊料中金的含量高达80%,焊料熔化后在盐雾环境下不会产生任何锈蚀。由于熔封封盖工艺本身不损伤其表面镀金层,因此只要在封盖前外壳能通过盐雾试验考核,封盖后也一定能通过盐雾考核。

    熔封工艺封盖存在许多缺陷,不能满足某些特定的高可靠封装要求。采用平行缝焊工艺进行AuSn合金焊料封盖,不仅能解决封装可靠性和内部杂质气氛排放问题,同时也是解决陶瓷金属封装外壳抗盐雾的有效手段之一。

    采用平行缝焊工艺进行AuSn合金焊料封盖,其原理是采用平行缝焊设备触发的脉冲电流,使盖板上所带的焊料环在电极脉冲能量的作用下发热熔化,形成熔焊。而通常使用的不带焊料环的缝焊是把盖板本身的镀层或基材熔化形成密封焊接,所以两者采用同样的工艺,但焊接原理是不一样的。对焊料采用缝焊工艺,可通过控制工艺参数、焊接电极角度与光洁度,使盖板表面镀层在缝焊过程中不会受到太大的损伤,从而保证平行缝焊AuSn焊料盖板的产品具有抗盐雾能力。

    图9所示为采用平行缝焊工艺焊接的带AuSn焊料环盖板封盖后的盐雾试验结果。从图中可以看出,封帽工艺对焊边基本上没有明显的损伤,同时,盐雾试验后也没有出现锈蚀点。对此种工艺进行了大量试验,其样品均能通过盐雾考核。

图

    3.3采用封盖后再次电镀

    平行缝焊与储能焊工艺对焊边的损伤是不可避免的,通过工艺只能控制损伤大小,并不能从根源上解决焊边损伤问题。为了彻底解决封帽后电路抗盐雾问题,提出了一种对封盖后的电路再次电镀的方式,以修复封盖工艺对焊边造成的镀层损伤。方法是在产品封盖后投入电镀工艺,再次在电路表面镀一层金,然后再把电路投入筛选考核。图10所示为平行缝焊样品再次电镀后的盐雾试验结果。从试验结果看,通过再次电镀后,外壳都能满足抗盐雾的要求,因为这种附加工艺彻底修复了焊接过程对焊边造成的损伤,使暴露的基材得到有效的保护。由于再次电镀需在引脚加电,对某些电路可能会影响其性能,因此,采用再次电镀技术抗盐雾,必须充分评估在通电情况下电镀可能对器件性能造成的影响,且这种方式会增加封装成本。

    4·结论

    平行缝焊产品焊边损伤后形成的镍-金等原电池是产生盐雾腐蚀的原动力。为了控制焊边原电池的形成,本文从平行缝焊工艺原理出发,提出工艺优化、熔封外壳平行缝焊、封盖后再电镀三种抗盐雾措施。第一种是工艺优化法,主要用于解决全金属封装的混合电路类大表面积外壳产品的抗盐雾腐蚀问题,对金属-陶瓷封装产品可控制性较差;第二种是熔封外壳平行缝焊法,主要用于解决陶瓷-金属封装产品抗盐雾问题,不能用于全金属封装产品;第三种是封盖后再次电镀法,可以解决所有金属和金属-陶瓷封装产品抗盐雾腐蚀问题,但需要增加生产成本,而且对电路会造成潜在的性能影响。

    参考文献:略

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