CN100486750C - 一种真空熔焊封装方法及封装装置 - Google Patents

Abstract

一种真空熔焊封装方法及封装装置，其中真空熔焊封装方法包括以下步骤：(1)将拟焊接的管座(14)和管帽(13)放在真空腔(5)内；(2)将真空腔(5)抽成真空，或同时加热以除气；(3)以通电熔焊方式，将位于真空腔(5)内的管座(14)和管帽(13)熔焊封装在一起。所用的真空熔焊封装装置中，动电极(3)与驱动缸(1)的活塞杆(21)相连；充氮箱(4)包围在真空腔(5)之外；真空腔(5)经活门(7)与充氮箱(4)相通，真空腔(5)的腔体外壁缠有加热套(6)；抽真空系统(10)与真空腔(5)相通连；动电极(3)、静电极(9)的端部均伸入到真空腔(5)中。本发明封装的制品具有封装强度高、焊接时间短、真空度高的优点。

Description

一种真空熔焊封装方法及封装装置

技术领域

本发明涉及一种真空封装技术，特别是一种真空熔焊封装方法及封装装置。

背景技术

目前，我国使用的对金属器件的管座与管帽的封装方法是在大气环境或氮气环境下通过加热、加压、加静电等的组合来进行焊接封装，属于气密性封装。但对于某些器件如加速度仪或陀螺仪等以及射频、惯性、机械谐振器等MEMS(即微机电系统)器件的封装，若仅仅是气密性封装，则器件腔体内会有残余的气体如空气或氮气，会阻碍其振子振动，从而影响其灵敏度，导致制品的品质大大降低。还有一种是真空封装方法，现有的真空封装方法是具有焊料的回流焊接工艺，即通过预制的焊料圈放在管座与管帽之间，通过模具定位压紧，放在真空箱里加热进行焊接，这种真空封装方法，一方面由于管座通过预压紧，使管座内很难实现低真空；另一方面，回流焊接需要合适的焊接温度曲线以及控制焊料的厚度等多种因素，不易掌握，焊接的成品率低。因此，需要一种能使管座内呈现真空或高真空状态的真空封装方法，以提高制品的品质。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空熔焊封装方法及封装装置以解决上述封装技术的不足，本发明是一种不需要焊料的真空封装方式，即在真空环境下利用电阻焊接原理对金属封装的管座与管帽进行焊接。本发明能使封装的制品具有封装强度高、焊接时间短、真空度高、真空保持性好的优点。

本发明的目的是按如下的技术方案实现的。本技术方案包括以下三方面：

一、真空熔焊封装的方法，其特征是包括以下步骤：

(1)、将拟焊接的管座和管帽放在真空腔内，在要求不高的场合，在抽真空前真空腔也可以充有空气；

(2)、将真空腔抽成真空，同时加热以除气；在要求不高的场合，可不加热除气；

(3)、以通电熔焊方式，将位于真空腔内的管座和管帽熔焊封装在一起。

二、按上述方法所用的真空熔焊封装装置，其特征是：

它包括机架、驱动缸、动电极、静电极、充氮箱、真空腔、抽真空系统；

驱动缸装在机架的上臂上；动电极与驱动缸的活塞杆相连；静电极固定在机架的下臂上，位置与动电极相对应；充氮箱包围在真空腔之外，在充氮箱上装有手套；真空腔上具有活门，经活门与充氮箱相通，真空腔的腔体外壁缠有加热套；抽真空系统与真空腔相通连；动电极、静电极的端部均伸入到真空腔中；在动电极与真空腔之间，装有动密封件。还包括过渡板、垫片，驱动缸的活塞杆与过渡板相连，并通过过渡板、垫片与动电极相连。

所述的动密封件为波纹管，波纹管套在动电极之外，其一端与动电极密封连接，另一端与真空腔密封连接。

三、上述真空熔焊封装装置的操作方法，包括以下步骤：

(1)、准备，将熔焊时用的夹具在使用前清洗，然后将其装在真空腔内进行预热除气，在要求不高的场合，这步可以省略；

(2)、将拟熔焊封装的管座和管帽进行清洗；

(3)、将清洗后的管座和管帽在真空烘箱内加热烘烤，进行除气，然后放入真空腔内；

(4)、将充满氮气的真空腔内抽真空，并用加热套加热。在要求不高的场合，用加热套加热可以省略；

(5)、以通电熔焊方式，将位于真空腔内的管座和管帽熔焊封装在一起。

在封装熔焊时，通过放入吸气剂、或用成膜的方法，把吸气剂覆在所述的管座上。

本发明真空熔焊封装方法是在真空环境下利用电阻焊接原理对金属管座与管帽进行焊接封装的。真空焊接时，在焊接前将焊接用夹具、拟封装的管座和管帽清洗干净后，预热除气，然后放在真空腔中抽真空，以保证在符合真空条件下进行的焊接。

本发明真空熔焊封装装置从结构上保证了在符合真空条件下进行的焊接，通过驱动缸完成焊接的运动，通过氮气箱来供给氮气、通过加热套来进一步加热除气，真空腔上的活门既可连通氮气箱，又可作为操作用孔，方便使用；用垫片调节焊接时二电极的接触水平度，以提高封装质量。用密封装置保证真空腔的密封，动电极通过动密封装置延伸到真空腔体里，与静电极一起，在抽成真空的腔体内，进行器件焊接作业来实现真空熔焊封装。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)相对于真空回流焊，本发明具有焊接强度高、焊接时间短等优点，其焊接过程中，不用焊料，不存在焊料等的出气现象；在抽真空前和/或抽真空时，进行加热除气，其真空度高、真空保持性好。

(2)本发明不仅可以实现同种金属之间的封装，还可以实现异种金属之间的封装。

(3)真空腔放置在氮气环境下，整个工艺过程在氮气与真空环境中切换，有利于器件的转移，抽取真空快速，方便。

(4)真空熔焊机封装操作容易，成品率高，可以批量化生产，成本低。

综上所述，本发明能够在真空环境下，实现不用焊料的熔焊封装，使制品具有封装强度高、焊接时间短、真空度高、真空保持性好的优点。

本发明不仅适用于加速度仪或陀螺仪等以及射频、惯性、机械谐振器等MEMS器件的封装，还可适用于其它电子器件的真空封装。

附图说明

图1是本发明真空熔焊封装装置的结构示意图。

图2是本发明真空熔焊封装装置的立体示意图。

图中代号说明

1 驱动缸(气缸) 2 孔       3 动电极   4 充氮箱   5 真空腔

6 加热套       7 活门     8 手套     9 静电极   9A 静密封件

10 抽真空系统  11 下臂    12 夹具    13 管帽    14 管座

15 工作台      16 密封圈  17 套管    18 波纹管  19 垫片

20 过渡板      20A 螺栓   21 活塞杆  22 机架    23 上臂

24 真空烘箱    25 另一活门 26 观察窗

具体实施方式

实施例一、本发明真空熔焊封装方法，包括以下步骤，按图1说明：

(1)、将拟焊接的管座14和管帽13放在真空腔5内，

(2)、将真空腔5抽成真空，同时加热以除气；

(3)、以通电熔焊方式，将位于真空腔5内的管座14和管帽13熔焊封装在一起。

实施例二、真空熔焊封装装置

如图1、2所示为真空熔焊封装装置的示意图，包括机架22、驱动缸1、动电极3、静电极9、充氮箱4、真空腔5、抽真空系统10；

驱动缸1装在机架22的上臂23上；动电极3与驱动缸1的活塞杆21相连；静电极9固定在机架22的下臂11上，位置与动电极3相对应；充氮箱4包围在真空腔5之外，在充氮箱4上装有手套8；真空腔5上具有活门7，经活门7与充氮箱4相通，真空腔5的腔体外壁缠有加热套6；抽真空系统10与真空腔5底部相通连；动电极3、静电极9的端部均伸入到真空腔5中；在动电极3与真空腔5之间，装有用动密封件。图示的动密封件为带有内衬套管17的波纹管18，波纹管18套在动电极3之外，波纹管二端具有带密封圈16的法兰盘，其一端与动电极3密封连接，另一端与真空腔5密封连接，以保证真空腔5的动态密封。

本实施例中，真空腔5上开的活门7可以进入氮气和作为操作的入口；充氮箱4上的孔2与氮气气源相连，用以提供氮气；充氮箱4、真空腔5是一端开口的，均扣装固定在工作台15上，动电极3的下端伸入到真空腔5中，静电极9的上端经工作台15伸入到真空腔5中，静电极9与工作台15之间装有静密封件9A，以保证真空腔5的静态密封。如图1，本装置还包括过渡板20、垫片19；驱动缸1的活塞杆21与过渡板20相连成一体，并通过过渡板20、垫片19与动电极3相连，用螺栓20A固定。

用垫片19来调整动电极3与静电极9之间的接触水平度。

动电极3通过动态密封的形式，可以在驱动缸1的驱动下，上下运动。充氮箱4可以给真空腔5提供氮气环境，以确保其与大气环境隔绝，并且可以在真空腔5抽取真空之前用加热套6对其进行预烘，使其除气，以保证更好的抽真空性能。真空腔5侧壁开有活门7，操作人员可以通过氮气箱上的手套8来进行真空腔5内的操作。抽真空系统10通过与真空腔5相连的管道对真空腔5抽取真空。

在对真空腔5抽取真空时，用加热套6对真空腔5加热，可以使真空腔5壁中的气体释放出来，以提高抽真空的性能。

实施例三、用本真空熔焊封装装置的一种操作方法，包括以下步骤，按图1、2说明：

(1)、准备，将熔焊时用的夹具12在使用前清洗，将真空腔5和装在其内的清洗后的夹具12用加热套6进行预热除气；

(2)、将拟熔焊封装的管座14和管帽13进行清洗；

(3)、将清洗后的管座14和管帽13放入单独的真空烘箱24(图2)中，进行加热除气后，放入真空腔5内；

(4)、将管座14和管帽13放入充满氮气(氮气由孔2、活门7送入)的真空腔5内的夹具12上，关闭活门7，用抽真空系统10将真空腔5抽真空，并用加热套6加热；

(5)、以通电熔焊方式，用动电极3、静电极9将位于真空腔5内的管座14和管帽13熔焊封装在一起。然后开启活门7，取出制品。

通过充氮箱4上的手套8进行操作。

如图2，在充氮箱4上具有另一活门25用于向充氮箱4送入或从充氮箱4取出零件和制品，还装有观察窗26。

本实施例的熔焊过程中有三个动作：在真空腔5抽取真空到合适的真空度时，动电极3向下动作，压紧夹具12，然后对静电极9施加第一次压力。在动电极3和静电极9放电的同时，动电极对静电极施加二次压力，整个熔焊封装过程完成。也可按工艺要求采用其他操作方法。

在封装熔焊时，为了进一步的提高真空度的保持时间与寿命，在封装时可通过放入吸气剂、或用成膜的方法，把吸气剂覆在管座14上，以提高制品质量。

所述的吸气剂可为钡蒸散型吸气剂或锆钡铁非蒸散型吸气剂，如锆铝合金粉、电真空锆粉等。

本实施例介绍的是在真空腔5内充有氮气的方法。管座14、管帽13与真空腔5最好工作在氮气环境下，这样它们在保存和转移时可以避免湿气的吸附，真空度可以得到可靠恢复，有利于封装后管座的真空保持。

以上真空封装技术的特征保护不仅限于本发明所述的真空封装方法、真空封装装置及其操作方法，在类似结构的真空封装装置上实施以上封装方法，也应属于本发明保护范围之内。

Claims (5)

1、一种真空熔焊封装装置，其特征是：它包括机架(22)、驱动缸(1)、动电极(3)、静电极(9)、充氮箱(4)、真空腔(5)、抽真空系统(10)；所述的驱动缸(1)装在所述的机架(22)的上臂(23)上；所述的动电极(3)与驱动缸(1)的活塞杆(21)相连；所述的静电极(9)固定在所述的机架(22)的下臂(11)上，位置与所述的动电极(3)相对应；所述的充氮箱(4)包围在所述的真空腔(5)之外，在所述的充氮箱(4)上装有手套(8)；所述的真空腔(5)上具有活门(7)，经所述的活门(7)与所述的充氮箱(4)相通，所述的真空腔(5)的腔体外壁缠有加热套(6)；所述的抽真空系统(10)与所述的真空腔(5)相通连；所述的动电极(3)、静电极(9)的端部均伸入到所述的真空腔(5)中；在所述的动电极(3)与真空腔(5)之间，装有动密封件。

2、根据权利要求1所述的真空熔焊封装装置，其特征是：还包括过渡板(20)、垫片(19)，所述的驱动缸(1)的活塞杆(21)与所述的过渡板(20)相连，并通过所述的过渡板(20)、垫片(19)与所述的动电极(3)相连。

3、根据权利要求1或2所述的真空熔焊封装装置，其特征是：所述的动密封件为波纹管(18)，所述的波纹管(18)套在动电极(3)之外，其一端与所述的动电极(3)密封连接，另一端与所述的真空腔(5)密封连接。

4、根据权利要求3所述的真空熔焊封装装置的操作方法，其特征是包括以下步骤：

(1)、准备，将熔焊时用的夹具(12)在使用前清洗，然后将其装在真空腔(5)内进行预热除气；

(2)、将拟熔焊封装的管座(14)和管帽(13)进行清洗；

(3)、将清洗后的管座(14)和管帽(13)放在真空烘箱(24)内加热烘烤，进行除气，然后放入真空腔(5)内；

(4)、将充满氮气的真空腔(5)抽成真空，并用加热套(6)加热；

(5)、以通电熔焊方式，将位于真空腔(5)内的管座(14)和管帽(13)熔焊封装在一起。

5、根据权利要求4所述的真空熔焊封装装置的操作方法，其特征是：在封装熔焊时，通过放入吸气剂，把吸气剂覆在所述的管座(14)上。

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