CN103515327B - 一种用于激光密封焊接的可伐金属结构及激光焊接方法 - Google Patents

一种用于激光密封焊接的可伐金属结构及激光焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于激光密封焊接的可伐金属结构及激光焊接方法，可最大利用腔体内的有效面积，为腔体内混合微电路的设计提供最大空间，为电路的设计提供了灵活性；另一方面，结合激光焊接设备，为规则与非规则的可伐金属腔体平面结构的气密性封焊提供了解决方案；该焊接方法具有如下优点：低的热输入，结果造成小的受热影响区；基本涵盖各类金属材料；不会对热敏元件造成热损伤；不需与工件直接接触；能够熔接相似与不相似的金属；不规则图形的密封焊接能力。

Description

一种用于激光密封焊接的可伐金属结构及激光焊接方法
技术领域
本发明涉及一种用于激光密封焊接的可伐金属结构及激光焊接方法，属于微电子组封装中密封工艺技术领域。
背景技术
随着电子行业的飞速发展，小型化、高密度、高速度、高可靠性成为电子产品发展的风向标，在此基础上混合集成电路技术得到了飞速发展。混合集成电路必须密封，以防止湿气、氧气和其他环境污染进入封装电路内部，以确保产品的长期可靠性。
可伐金属密封焊接的最常见的形式是通过手套箱及真空烘箱配合平行缝焊设备进行。但是，平行缝焊技术的特点是被焊腔体结构的盖板外形必须为规则的平面图形（矩形和圆），一旦出现非规则的盖板结构时，平行缝焊也无能为力了。
本发明主要针对采用激光焊接的可伐金属进行结构设计，一方面尽可能地利用腔体内的有效面积，为腔体内混合微电路的设计提供最大空间，为电路的设计提供了灵活性；另一方面，结合激光焊接设备，为规则与非规则的可伐金属腔体平面结构的气密性封焊提供了解决方案。
激光密封焊接方式能够有效解决非规则可伐材料密封焊接，该工艺技术具有以下优点：低的热输入，结果造成小的受热影响区；基本涵盖各类金属材料；不会对热敏元件造成热损伤；不需与工件直接接触；能够熔接相似与不相似的金属；不规则图形的密封焊接能力。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于激光密封焊接的可伐金属结构的激光焊接方法
为实现上述目的，本发明是通过以下技术手段来实现的：
一种用于激光密封焊接的可伐金属结构的激光焊接方法，所述用于激光密封焊接的可伐金属结构包括相互配合的腔体和盖板，其特征在于：所述腔体边壁厚度为1mm, 所述腔体边壁内表面顶部为台阶形状，所述台阶宽度为0.5mm，所述台阶高度为0.5mm；所述盖板厚度为0.5mm。
优选的，所述腔体与所述盖板的配合形状为多边形；
优选的，在所述腔体拐角与所述盖板拐角设有倒圆，倒圆半径≥0.50mm；
优选的，所述腔体与盖板结合处的间隙=0.06mm；
优选的，所述盖板尺寸采用上公差，公差为0.05mm。
一种用于激光密封焊接的可伐金属结构的激光焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
提供上述的用于激光密封焊接的可伐金属结构；
用清洗液清洗所述腔体及所述盖板；
冲洗所述腔体及所述盖板，随后进行脱水、吹干。
用激光焊接设备的真空烘箱预烘所述腔体及所述盖板；
编写焊接程序：将所述盖板的电子档图纸导入激光焊接设备的控制电脑中，将图纸通过软件转换成焊接程序，并针对焊接程序进行手动修改，并最终确认程序；
激光焊接参数激光焊接所述腔体及所述盖板：将所述腔体及所述盖板由真空烘箱中经由互锁传递窗进入激光焊接设备的手套箱内，按照焊接要求将所述盖板放置于所述腔体上，将所述腔体和所述盖板固定在激光焊接设备的XY平台上，设置好合适的焊接参数后，调用焊接程序进行焊接，并最终完成可伐腔体及盖板的激光焊接。
优选的，所述清洗液的配制方法与比例为：
按下列成份和配比制备去油电解液：
-- Na2CO3 ： 20g/L;
-- Na3PO4· 12 H2O ： 20g/L；
-- NaOH ： 10g/L;
-- OP乳化剂： 3g/L；
选用1L的烧杯，往烧杯中注入300mL的去离子水，按照上述的配方分别依次加入NaOH、Na2CO3、Na3PO4•12 H2O并用玻璃棒搅拌均匀，其后，按照烧杯标线加入剩余所需的去离子水，完成1L的溶液配制；
将结构件放置于1L的烧杯中，往烧杯注入500mL的丙酮溶液；
将所述烧杯放入超声清洗机内对所述腔体和所述盖板进行超声去油，时间：溶液温度：40～60℃，10～15min；
将所述腔体和所述盖板取出并利用流动的去离子水冲洗，随后利用洁净的无水乙醇进行脱水处理，并氮气吹干。
优选的，真空烘箱设置的温度为：120～150℃，时间：8～12小时。
优选的，所述激光焊接参数为：
焊接速度：5mm/s
激光频率：1Hz
激光脉宽：4ms
脉冲幅度：14%。
优选的，还包括镜检步骤：焊接完毕后，用放大倍数可达50X的显微镜检查焊缝上是否存在裂纹、气孔，焊缝边缘的母材（腔体、盖板）上是否存在裂纹。
优选的，还包括在氦气压力下利用氦质谱检漏仪进行气密性测试步骤。
本发明的有益效果是：针对采用激光焊接的可伐金属进行结构设计，一方面尽可能地利用腔体内的有效面积，为腔体内混合微电路的设计提供最大空间，为电路的设计提供了灵活性；另一方面，结合激光焊接设备，为规则与非规则的可伐金属腔体平面结构的气密性封焊提供了解决方案。
激光密封焊接方式具有以下优点：低的热输入，结果造成小的受热影响区；基本涵盖各类金属材料；不会对热敏元件造成热损伤；不需与工件直接接触；能够熔接相似与不相似的金属；不规则图形的密封焊接能力。
附图说明
图1为可伐金属腔体边壁的结构示意图；
图2为可伐金属配套盖板的结构示意图；
图3为可伐金属腔体边壁和盖板配合示意图；
图4为图3俯视图；
图5可伐金属腔体结构示意图；
图6为图5A—A剖视图；
图7为图5B—B剖视图；
图8实施例的可伐金属盖板结构示意图；
图9为图8俯视图；
图10为实施例的非规则可伐金属腔体结构示意图；
图11为图10C—C剖视图；
图12为图10D—D剖视图；
图13为实施例的非规则可伐金属盖板结构示意图；
图14为图13俯视图；
图15为图13左视图。
1腔体边壁，2 台阶，3盖板,4间隙,5 腔体拐角，6盖板拐角。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
实施例1
结合图1—15，一种用于激光密封焊接的可伐金属结构，本实施例为一规则的几何结构图形，该腔体结构为长20.00mm×宽10.00mm×高5.00mm的材质为4J33的可伐金属结构，盖板3结构为长19mm×宽9mm×高0.50mm的材质为4J33的可伐金属结构。所述腔体边壁1厚度为1mm, ,以有效地降低腔体壁1所占用的空间； 所述腔体边壁1内表面顶部为台阶2形状，较低的台阶面为摆放盖板提供承载支撑；所述台阶2宽度为0.5mm，以适用激光焊接光斑的大小以及支撑面受力尽可能的平衡；所述台阶2高度为0.5mm；所述盖板3厚度为0.5mm。
优选的，所述腔体与所述盖板3的配合形状为多边形，以适用不同的混合集成电路密封结构的要求；
优选的，在所述腔体拐角5与所述盖板拐角6设有倒圆，倒圆半径≥0.50mm，降低加工难度，使激光在直角拐点处焊接时从一边平滑过渡至另一边，满足气密性的要求；
优选的，所述腔体与盖板3结合处的间隙=0.06mm，使腔体与盖板3结合应尽可能的严丝合缝，接头处不出现裂纹；
优选的，所述盖板3尺寸采用上公差，公差为0.05mm，以保证所述腔体与盖板3结合处的间隙=0.06mm。
实施例2
结合附图10--15，结合模块电路的设计要求，完成腔体及盖板3的设计，本实施例为一非规则的几何结构图形，此类结构若要进行气密性封焊，肯定不能应用平行缝焊进行操作，激光焊接为此类可伐金属结构提供了良好的解决方案。
为了同时确保降低加工难度以及满足后期激光焊接要求，该结构采用了半径为1.00mm的倒圆处理。
为了确保腔体与盖板3的接头处的间隙4不大于0.06mm且尽可能小，盖板3在设计时均采用正公差。
一种激光焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
提供一种用于激光密封焊接的可伐金属结构；
用清洗液清洗所述腔体及所述盖板3，以确保激光焊接结构件的干净，尤其确保焊接接头部位，确保干净程度以提高焊接质量；
冲洗所述腔体及所述盖板3，随后进行脱水、吹干，去除表面油污与杂质，为后续预烘做准备；
用激光焊接设备的真空烘箱预烘所述腔体及所述盖板3，降低产品焊接后内部水汽含量，提高产品的气密性；
编写焊接程序：将所述盖板3的电子档图纸导入激光焊接设备的控制电脑中，将图纸通过软件转换成焊接程序，并针对焊接程序进行手动修改，并最终确认程序；
激光焊接参数激光焊接所述腔体及所述盖板：将所述腔体及所述盖板3由真空烘箱中经由互锁传递窗进入激光焊接设备的手套箱内，按照焊接要求将所述盖板放置于所述腔体上，将所述腔体和所述盖板固定在激光焊接设备的XY平台上，设置好合适的焊接参数后，调用焊接程序进行焊接，并最终完成可伐腔体及盖板3的激光焊接。
优选的，所述清洗液的配制方法与比例为：
按下列成份和配比制备去油电解液：
-- Na2CO3 ： 20g/L;
-- Na3PO4· 12 H2O ： 20g/L；
-- NaOH ： 10g/L;
-- OP乳化剂： 3g/L；
选用1L的烧杯，往烧杯中注入300mL的去离子水，按照上述的配方分别依次加入NaOH、Na2CO3、Na3PO4•12H2O并用玻璃棒搅拌均匀，其后，按照烧杯标线加入剩余所需的去离子水，完成1L的溶液配制。
将结构件放置于1L的烧杯中，往烧杯注入500mL的丙酮溶液；
将所述烧杯放入超声清洗机内对所述腔体和所述盖板进行超声去油，溶液温度：40～60℃，时间：10～15min；
将所述腔体和所述盖板3取出并利用流动的去离子水冲洗，随后利用洁净的无水乙醇进行脱水处理，并氮气吹干。
优选的，真空烘箱设置的温度为：120～150℃，时间：8～12小时。
优选的，所述激光焊接参数为：
焊接速度：5mm/s
激光频率：1Hz
激光脉宽：4ms
脉冲幅度：14%。
优选的，还包括镜检步骤：焊接完毕后，用放大倍数可达50X的显微镜检查焊缝上是否存在裂纹、气孔，焊缝边缘的母材（腔体、盖板）上是否存在裂纹。
优选的，还包括在氦气压力下利用氦质谱检漏仪进行气密性测试步骤。
依据GJB548B-2005《微电子器件试验方法和程序》中方法1014.2 密封的要求，对本实施例的两种结构进行试验。
对实施例结构件进行517±15KPa的氦气压力下加压4小时，利用氦质谱检漏仪测试漏率，其数值为4.5×10-9，满足国军标的要求；
对实施例结构件进行310±15KPa的氦气压力下加压5小时，利用氦质谱检漏仪测试漏率，其数值为5.8×10-9，满足国军标的要求；
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种用于激光密封焊接的可伐金属结构的激光焊接方法，所述用于激光密封焊接的可伐金属结构包括相互配合的腔体和盖板，其特征在于：所述腔体边壁厚度为1mm, 所述腔体边壁内表面顶部为台阶形状，所述台阶宽度为0.5mm，所述台阶高度为0.5mm；所述盖板厚度为0.5mm；所述腔体与所述盖板的配合形状为多边形，盖板尺寸公差为0.05mm；在所述腔体拐角与所述盖板拐角设有倒圆，倒圆半径≥0.50mm；所述腔体与盖板结合处的间隙=0.06mm；一种激光焊接方法包括以下步骤：
提供上述的用于激光密封焊接的可伐金属结构；
用清洗液清洗所述腔体及所述盖板；
冲洗所述腔体及所述盖板，随后进行脱水、吹干；
用激光焊接设备的真空烘箱预烘所述腔体及所述盖板；
编写焊接程序：将所述盖板的电子档图纸导入激光焊接设备的控制电脑中，将图纸通过软件转换成焊接程序，并针对焊接程序进行手动修改，并最终确认程序；
激光焊接参数激光焊接所述腔体及所述盖板：将所述腔体及所述盖板由真空烘箱中经由互锁传递窗进入激光焊接设备的手套箱内，按照焊接要求将所述盖板放置于所述腔体上，将所述腔体和所述盖板固定在激光焊接设备的XY平台上，设置好合适的焊接参数后，调用焊接程序进行焊接，并最终完成可伐腔体及盖板的激光焊接。
2.如权利要求1所述的一种用于激光密封焊接的可伐金属结构的激光焊接方法，其特征在于：所述清洗液的配制方法与比例为：
按下列成份和配比制备去油电解液：
-- Na2CO3 ： 20g/L;
-- Na3PO4· 12 H2O ： 20g/L；
-- NaOH ： 10g/L;
-- OP乳化剂： 3g/L；
选用1L的烧杯，往烧杯中注入300mL的去离子水，按照上述的配方分别依次加入NaOH、Na2CO3、Na3PO4•12 H2O并用玻璃棒搅拌均匀，其后，按照烧杯标线加入剩余所需的去离子水，完成1L的溶液配制；
将结构件放置于1L的烧杯中，往烧杯注入500mL的丙酮溶液；
将所述烧杯放入超声清洗机内对所述腔体和所述盖板进行超声去油，溶液温度：40～60℃，时间：10～15min；
将所述腔体和所述盖板取出并利用流动的去离子水冲洗，随后利用洁净的无水乙醇进行脱水处理，并氮气吹干。
3.如权利要求1所述的一种用于激光密封焊接的可伐金属结构的激光焊接方法，其特征在于：真空烘箱设置的温度为：120℃～150℃，时间：8小时～12小时。
4.如权利要求1所述的一种用于激光密封焊接的可伐金属结构的激光焊接方法，其特征在于：所述激光焊接参数为：
焊接速度：5mm/s
激光频率：1Hz
激光脉宽：4ms
脉冲幅度：14%。
5.如权利要求1所述的一种用于激光密封焊接的可伐金属结构的激光焊接方法，其特征在于：还包括镜检步骤：焊接完毕后，用放大倍数可达50X的显微镜检查焊缝上是否存在裂纹、气孔，焊缝边缘的腔体、盖板上是否存在裂纹，以及在氦气压力下利用氦质谱检漏仪进行气密性测试步骤。
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