CN109794675B - 一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子封装技术领域，特别涉及一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装及焊接方法，所述焊接工装包括底座和压板，所述底座内设置有与封装壳体外形适配的限位槽，所述压板上设置有若干贯穿压板的导流槽，当压板和底座连接时，所述导流槽与封装壳体的待焊接区域连通，使从压板的导流槽对封装壳体的待焊接区域进行连接，使封装壳体受焊接工装的限制，位置固定，焊接时产生的热量由底座和盖板快速导出，同时，导流槽的设置可有效导流焊接过程中的焊点保护气体，保证焊接过程中无杂质进入熔池，使封装壳体的焊接质量较好，减小焊接热量对封装壳体内部的电子器件的影响，达到较好的气密性能。

Description

一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装及焊接方法

技术领域

本发明涉及电子封装技术领域，特别涉及一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装及焊接方法。

背景技术

随着全球信息技术和微电子技术的迅猛发展，电子封装技术也朝着小型化、低重量、高性能、高可靠性发展，随着电子封装小型化和芯片集成度的提高，集成电路的功率也越来越高，集成电路工作时，芯片发热量急剧升高，而芯片温度过高会直接导致其工作性能不稳定，直接降低芯片的使用寿命，所以，芯片封装的好坏会直接影响集成电路的使用性能。

高硅铝合金电子封装材料是目前较理想的封装材料，其具备热膨胀系数小、高热导率、轻量化、高强度、良好的加工成型性能等特点，可以把集成电路工作时产生的热量及时散发，但是，采用高硅铝合金电子封装材料进行焊接封装时，由于高硅铝合金电子封装材料内部含有大量的硅颗粒，具有较高的导热性，且表面覆盖有氧化膜，熔焊性能较差，而采用常规电子封装常用的钎焊焊接方式及焊接工装均不能良好的适用，在焊接过程中极易形成裂纹等焊接缺陷，成品率较低，且影响电子封装接头对高气密性、高强度、热稳定性等的使用要求，影响封装质量。

综上所示，目前亟需要一种技术方案，解决现有采用高硅铝合金电子封装材料进行电子封装时，没有适用的焊接方式及焊接工装，影响电子封装接头对高气密性、高强度、热稳定性等的使用要求，影响封装质量的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有采用高硅铝合金电子封装材料进行电子封装时，没有适用的焊接方式及焊接工装，影响电子封装接头对高气密性、高强度、热稳定性等的使用要求，影响封装质量的技术问题，提供了一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装及焊接方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装，包括底座和压板，所述底座内设置有与封装壳体外形适配的限位槽，所述压板上设置有若干贯穿压板的导流槽，当压板和底座连接时，所述导流槽与封装壳体的待焊接区域连通。

本发明的一种用于气密封高硅铝封装壳体的焊接工装，通过将封装壳体通过压板固定在底座内，并从压板的导流槽对封装壳体的待焊接区域进行连接，一方面使封装壳体的位置固定，保证焊接过程的顺利进行，提高焊接质量，另一方面使焊接时产生的热量由底座和盖板快速导出，减少封装壳体的热变形，减小焊接热量对封装壳体内部的电子器件的影响，使封装壳体的焊接质量较好，达到较好的气密性能，同时，封装壳体受焊接工装的限制，整体受热变形小，进一步使焊接质量较好，另外，导流槽的设置可有效导流焊接过程中的焊点保护气体，保证焊接过程中无杂质进入熔池，进一步的使封装壳体的焊接质量较好。

作为优选，所述导流槽内设置有导流面，所述导流面倾斜设置，使导流槽沿底部至顶部开口逐渐增大。倾斜设置的导流面可较好的引导焊点保护气体流动，避免焊接过程中保护气体或其他杂质进入熔池。

作为优选，所述底座上设置有至少一个用于连通限位槽与外部空间的缺口。在底座上设置缺口，一方面方便封装壳体嵌入底座内，另一方面使得焊接时产生的热量从缺口散发，避免热量在限位槽内积聚，影响封装壳体内电子器件的使用寿命。

作为优选，所述限位槽内设置有至少一条通槽，所述通槽连通限位槽的顶部和底部，在限位槽与封装壳体外壁之间形成排气通道。在限位槽内设置通槽连通限位槽的顶部和底部，进一步的方便将封装壳体嵌入限位槽内。

作为优选，还包括至少一个将封装壳体限制在底座内的定位件，所述定位件与底座侧壁可拆卸的连接。设置定位件，使得拆除压板后也能够实现封装壳体在限位槽内的稳定设置，方便对导流槽对应的待焊接区域外的焊缝进行焊接。

作为优选，所述底座采用6系铝合金材料制得，所述压板采用不锈钢材料制得。由于6系铝合金材料的导热性能优越，使得焊接产生的热量被快速的导出，有效避免封装壳体受焊接热量影响产生热变形，实现焊接工装对被焊接器件的热传导冷却，同时，由不锈钢材料制得的盖板将封装壳体稳定的限制在焊接工装内，使得焊接位置的变形量小，提高封装壳体的焊接质量，实现焊接工装对被焊接器件的定型。

一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接方法，所述封装壳体包括壳体和盖板，所述壳体和盖板内嵌配合，所述壳体和盖板的焊缝熔深方向垂直于盖板正面方向，包括如下步骤：步骤1：组装封装壳体：将盖板嵌入壳体内，完成封装壳体的组装；步骤2：组装焊接工装：将封装壳体嵌入焊接工装的底座内，通过压板固定，完成焊接工装的组装；步骤3：激光点焊：采用激光头在导流槽内对焊缝进行点焊；步骤4：设置定位件：调整底座上定位件，通过定位件将封装壳体限制在底座内；步骤5：拆卸压板：分离压板和底座；步骤6：激光连续焊接：沿焊缝进行连续焊接，完成封装壳体的焊接；步骤7：拆除焊接工装：调整定位件，取出封装壳体，完成封装壳体的焊接封装。

本发明的一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接方法，采用与封装壳体配套设置的由特定材料制得的焊接工装，通过焊接工装将焊接过程中产生的热量进行传导散热，使焊接时产生的热量及时由焊接底座导出，减少封装壳体的热变形，减小热量对封装壳体内部电子器件的影响，使该方法适用于封装电子器件的封装壳体的激光封焊，焊接质量较好，保证封装壳体的气密性，同时，采用分步进行的激光点焊和连续焊接，使得通过激光点焊使组成封装壳体的壳体和盖板紧密贴合，减小封装壳体受热变形，提高封装壳体的封装效果。

作为优选，所述壳体由ALSI50材料制得，所述盖板材料由ALSI27材料制得。采用两种不同材料分别制得壳体和盖板，两种材料均具有导热性能好、重量轻、与电子元器件热膨胀系数匹配度高的特点，使得制得的封装壳体具有较好封装效果，适用范围较广。

作为优选，步骤3和步骤6中焊接的电流为140A，脉冲宽度2.5ms。焊接参数与封装壳体材料配合，使制得的封装壳体的封装效果较好，泄漏率较小。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装的有益效果是：

1、使封装壳体的位置固定，保证焊接过程的顺利进行，提高焊接质量；

2、使焊接时产生的热量由底座和盖板快速导出，减少封装壳体的热变形，减小焊接热量对封装壳体内部的电子器件的影响，使封装壳体的焊接质量较好，达到较好的气密性能；

3、封装壳体受焊接工装的限制，整体受热变形小，进一步使焊接质量较好；

4、导流槽的设置可有效导流焊接过程中的焊点保护气体，保证焊接过程中无杂质进入熔池，进一步的使封装壳体的焊接质量较好。

本发明的焊接方法的有益效果是：

1、采用配套设置的由特定材料制得的焊接工装，使焊接时产生的热量及时由焊接底座导出，减少封装壳体的热变形，减小热量对封装壳体内部电子器件的影响；

2、采用分步进行的激光点焊和连续焊接，使得通过激光点焊使组成封装壳体的壳体和盖板紧密贴合，减小封装壳体受热变形，提高封装壳体的封装效果，实现封装壳体的气密。

附图说明

图1是本发明的一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装的结构示意图；

图2是本发明的一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装的使用状态的剖面结构示意图；

图3是本发明的一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装的使用过程中的结构示意图；

图4是本发明中所述封装壳体的结构示意图；

图5是本发明中所述封装壳体的剖面结构示意图；

图6是本发明的一种用于气密高硅铝封装壳体的焊接方法的流程示意图。

附图标记

1-底座，11-限位槽，2-压板，3-封装壳体，31-壳体，32-盖板，4-导流槽，41-导流面，5-缺口，6-通槽，7-定位件，8-焊缝。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-5所示，一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装，包括底座1和压板2，所述底座1采用6系铝合金材料制得，所述压板2采用不锈钢材料制得，所述底座1内设置有与封装壳体3外形适配的限位槽11，所述压板2上设置有若干贯穿压板2的导流槽4，当压板2和底座1连接时，所述导流槽4与封装壳体3的待焊接区域连通。

本实施例的一种用于气密封高硅铝封装壳体的焊接工装，通过采用特定材料制得的压板2将封装壳体3限制在特定材料制得的底座1内，使封装壳体3在焊接过程中得到有效位置限制，保证焊接质量，避免焊接变形，使封装壳体3的气密性能较好，使用效果较好，同时，焊接过程中，封装壳体3受底座1和压板2的有效空间限制，受热形变较小，且通过底座1和压板2将焊接时产生的热量快速导出，减小了封装壳体3的热变形，减小焊接热量对封装壳体3内部的电子器件的影响，使封装壳体3的焊接质量较好，达到较好的气密性能，提高封装壳体3的使用效果，减少信号泄漏率，同时，从导流槽4内对焊缝进行焊接，使得导流槽4有效的导流焊接过程中的焊点保护气体，保证焊接过程中无杂质进入熔池，进一步的使封装壳体3的焊接质量较好，使该结构的焊接工装适用于壳体和盖板为内嵌配合的封装壳体3，所述内嵌配合为在壳体31开口处设置与盖板32适配的槽口，使盖板32嵌入壳体31开口的槽口内形成的内嵌结构，使盖板32和壳体31之间的焊缝位置位于封装壳体3开口一侧的表面上，有利于实现一次焊接完成，可根据实际情况，在底座1内设置贯穿底座1的限位槽11，在底座1的两侧均设置压板2，使该结构的焊接工装还能够适用于正反两面均设置有内嵌结构的盖板32的封装壳体3的封焊，适用范围更广。

进一步的，本实施例优选所述底座1选用现有的AL6063材料制得，所述压板2选用不锈钢材料制得，所述压板2采用贯穿压板2的螺钉与底座1进行可拆卸的连接，将封装壳体3限制在底座1内。现有材料的AL6063的热膨胀系数为23.4ppm/℃，导热系数为209W/(m·k)，密度为2.7×10³Kg/m³，使得底座1具有良好的热传导性能，使得底座1能够快速的导出焊接时产生的热量，减少封装壳体3受热变形，提高焊接质量，而不锈钢材料的压板2具有较好的强度，使得压板2通过自身强度对封装壳体3起到定型作用，进一步的避免封装壳体3受热变形，同时也有利于使封装壳体3的壳体31和盖板32配合更好，提高封装壳体3的使用效果，使通过配套设置的采用特定材料制得的焊接工作实现封装壳体的气密。

优选的，所述导流槽4内设置有导流面41，所述导流面41倾斜设置，使导流槽4沿底部至顶部开口逐渐增大。本实施例的导流槽4优选为具有45°倾斜面的环形导流槽4，使方便在环形导流槽4内对封装壳体3的焊缝8进行点焊，同时，导流面41的倾斜角度设置为45°，使焊点保护气体能够较快速的沿导流面41流动，输出导流槽4，保证焊接过程中无气体等杂质进入熔池内，保证焊接质量。

优选的，还包括至少一个将封装壳体3限制在底座1内的定位件7，所述定位件7与底座1侧壁可拆卸的连接。本实施例优选所述定位件7为垂直贯穿底座1侧壁的螺钉或螺栓，使焊接工装结构简单，组装方便，使用时，预先从导流槽4位置对焊缝8进行点焊，再通过定位件7实现底座1与封装壳体3之间的固定连接，再拆除压板2对焊缝8进行连续焊接，使封装壳体3在焊接过程中始终与焊接工装连接稳定，保证封装壳体3的封装效果，另外，当嵌入到底座1内的封装壳体3尺寸小于底座1的限位槽11尺寸时，也可根据封装壳体31的实际大小，通过调整定位件7将封装壳体3限制在底座1内，通过设置垫块的方式使压板2与封装壳体3贴合，使该结构的焊接工装适用于不同尺寸规格的封装壳体3的焊接，适用范围更广。

优选的，所述限位槽11内设置有至少一条通槽6，所述通槽6连通限位槽11的顶部和底部，在限位槽11与封装壳体3外壁之间形成排气通道。本实施例的通槽6沿限位槽11的高度方向设置，底面与限位槽11底部连通，顶面与限位槽11的开口连接，使得当封装壳体3放入限位槽11时，限位槽11与封装壳体3之间的空气从通槽6内被及时排出，方便封装壳体3在焊接工装中的安装和/或取出，本实施例优选所述通槽6设置在限位槽11的四周边角部位，使避免通槽6的设置影响定位件7对封装壳体3的固定。

实施例2

如图1-5所示，本实施例的一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装，结构与实施例1相同，区别在于：所述底座1上设置有至少一个用于连通限位槽11与外部空间的缺口5。

本实施例的一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装，优选在底座1上设置两个缺口5，两个缺口5分别位于底座1相对的两个侧壁上，且缺口5贯穿底座1顶面和底面，一方面方便焊接工装内的空气从缺口5排出，方便将封装壳体3嵌入底座1内，另一方面使得焊接时产生的热量从缺口5散发，避免热量在限位槽11内积聚，影响封装壳体3内电子器件的使用寿命，同时，两个缺口5的对称设置，使得可较容易的通过工具从封装壳体3的两侧夹取封装壳体3，方便封装壳体3的安装和移动。

实施例3

如图1-6所示，一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接方法，所述封装壳体3包括壳体31和盖板32，所述壳体31和盖板32内嵌配合，所述壳体31和盖板32的焊缝8熔深方向垂直于盖板32正面方向，包括如下步骤：步骤1：组装封装壳体3：将盖板32嵌入壳体31内，完成封装壳体3的组装；步骤2：组装焊接工装：将封装壳体3嵌入焊接工装的底座1内，通过压板2固定，完成焊接工装的组装；步骤3：激光点焊：采用激光头在导流槽4内对焊缝8进行点焊；步骤4：设置定位件7：调整底座1上定位件7，通过定位件7将封装壳体3限制在底座1内；步骤5：拆卸压板2：分离压板2和底座1；步骤6：激光连续焊接：沿焊缝8进行连续焊接，完成封装壳体3的焊接；步骤7：拆除焊接工装：调整定位件7，取出封装壳体3，完成封装壳体3的焊接封装。

本实施例的一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接方法，通过采用与封装壳体3外形配套设置的由特定材料制得的焊接工装，使焊接时产生的热量及时由焊接底座1导出，减少封装壳体3的热变形，减小热量对封装壳体3内部电子器件的影响，同时，采用激光点焊和连续焊接分步进行的方式，并保证焊接过程中封装壳体3与焊接工装的连接状态，且从焊接工装的导流槽4内对焊缝进行焊接，使得焊接过程中封装壳体3受焊接工装的限制作用不易产生形变，提高封装壳体3的封装效果，避免被封装电子元器件受热影响，保证电子元器件的使用寿命和可靠性。

进一步的，本实施例优选所述封装壳体3由壳体31和盖板32组成，盖板32嵌入在壳体31的开口，实现壳体31内部空间的最大化利用，且使得形成位于封装壳体3单一表面的焊缝8，且焊缝8的熔深方向垂直于盖板32的正面方向，方便焊接工装的导流槽4与焊缝8对齐，从导流槽4内对焊缝8进行焊接，优选所述壳体31由现有的ALSI50材料制得，现有材料的ALSI50的热膨胀系数为11.5 ppm/℃，导热系数为140W/(m·k)，密度为2.5×103Kg/m3，所述盖板32由现有材料的ALSI27材料制得，现有材料的ALSI27的热膨胀系数为16.3ppm/℃，导热系数为170 W/(m·k)，密度为2.6×10³Kg/m³，两种材料均具有导热性能好、重量轻的特点，且与电子元器件的热膨胀系数匹配度较高，使得采用特定材料制得的焊接工装与采用特定材料制得的封装壳体3配合使用，保证了焊接质量，实现了封装壳体3良好的气密封，同时，有利于通过焊接工装与封装壳体3之间的热交换传递，将焊接过程中产生的热量及时导出，避免焊接热量对封装电路元器件的影响，保证被封装电子元器件的正常使用，提高成品率，减少信号泄漏率，适用范围较广，优选采用焊接的电流为140A，脉冲宽度2.5ms，经检测，采用上述焊接方法和焊接参数制得的封装壳体3的泄漏率≤1×10-9 Pa.m3/s，封装效果较好，泄漏率较小。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换，而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (2)

1.一种用于气密型高硅铝封装壳体的焊接工装的使用方法，其特征在于：焊接工装包括底座（1）和压板（2），所述底座（1）内设置有与封装壳体（3）外形适配的限位槽（11），所述压板（2）上设置有若干贯穿压板（2）的导流槽（4），当压板（2）和底座（1）连接时，所述导流槽（4）与封装壳体（3）的待焊接区域连通，所述导流槽（4）内设置有导流面（41），所述导流面（41）倾斜设置，使导流槽（4）沿底部至顶部开口逐渐增大，所述底座（1）采用6系铝合金材料制得，所述压板（2）采用不锈钢材料制得，所述限位槽（11）内设置有至少一条通槽（6），所述通槽（6）连通限位槽（11）的顶部和底部，在限位槽（11）与封装壳体（3）外壁之间形成排气通道，还包括至少一个将封装壳体（3）限制在底座（1）内的定位件（7），所述定位件（7）与底座（1）侧壁可拆卸的连接，所述定位件（7）为垂直贯穿底座（1）侧壁的螺钉或螺栓，使用时，预先从导流槽（4）位置对焊缝（8）进行点焊，再通过定位件（7）实现底座（1）与封装壳体（3）之间的固定连接，再拆除压板（2）对焊缝（8）进行连续焊接，使封装壳体（3）在焊接过程中始终与焊接工装连接稳定。

2.如权利要求1所述的焊接工装的使用方法，其特征在于：所述底座（1）上设置有至少一个用于连通限位槽（11）与外部空间的缺口（5）。