CN110592630A - 一种硅铝封装外壳的分段式除氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅铝封装外壳的分段式除氢方法，主要针对于激光封焊后的硅铝外壳内氢含量的控制，该方法包括镀前烘烤和镀后烘烤两个阶段；烘烤均在真空条件下进行，烘烤前炉体内部真空度达到1×10^‑2Pa～1×10^‑4Pa时开启加热。本发明所制定的两个阶段的除氢工艺设计有针对性地将材料基体以及镀覆过程中引入的氢去除，能达到良好的效果；采用本发明的分段式除氢方法可将硅铝类封装壳体内的氢含量严格控制在2000ppm以下，并且对金层可焊性影响很小。

Description

一种硅铝封装外壳的分段式除氢方法

技术领域

本发明属于封装领域外壳材料处理技术，特别是一种硅铝封装外壳的分段式除氢方法。

背景技术

航空航天用微波组件正朝着大功率、轻量化和高性能方向发展，高硅铝合金因其密度低，热膨胀系数(CTE)与微波组件内部的芯片、基板相匹配，散热性能优良，机械加工性能良好等特点，已逐渐替代导热性差或者比重大的可伐合金及铜钨合金等，成为了航空航天用微波组件主要外壳材料。

但是，微波密封模块中的气体组成和含量对器件性能和可靠性等都有重大影响，如水汽会加速电路腐蚀、氧气会造成电子元器件氧化失效等。其中气体中的氢气可导致GaAs芯片氢中毒，造成漏电电流变化和阈值电压漂移等，使芯片和器件的功能退化。因此，封装外壳中氢含量的严格控制是十分必要的。

封装外壳的氢含量来源有：材料本身在制造过程中会引入氢，后续退火、烧结等过程中采用氢气作为保护气氛从而引入的氢，装配钎焊过程同样在氢气气氛下进行，电镀过程从物理化学角度也会引入氢，这些过程是不能完全避免。所以需要采取一定措施去除管壳中引入的氢。目前常见的方法是只在镀金后氮气气氛下进行长时间的烘烤。一方面管壳在镀镍镀金后，若镀层烘烤时间过长，镍层会逐渐向上扩散到金层内部，导致管壳的可焊性明显下降，不利于后续装配和钎焊。另一方面，只在镀金后进行一次烘烤，不能确保管壳内氢含量严格稳定在2000ppm以下。并且，硅铝封装外壳相比较于可伐类及其他外壳来说，镀金前处理时间更长，镀层结构更加复杂，镀覆过程中引入的氢更多，故所需除氢工艺条件更为严苛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅铝封装外壳的分段式除氢方法，用于硅铝类封装外壳的氢含量控制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种硅铝封装外壳的分段式除氢方法，包括镀前烘烤和镀后烘烤两个阶段；镀前是指零件清洗后未进行电镀的阶段，镀后是指装架前镀金后48h内，所述镀前烘烤和镀后烘烤均在10^-2～10^-4Pa真空条件下进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过镀前和镀后两个阶段的烘烤，可有效除去硅铝封装外壳内部释放出的氢，将硅铝类外壳的氢含量严格控制在2000ppm以下，并且烘烤后对外壳可焊性影响较小，焊料在金层上润湿性较好。

附图说明

图1是本发明镀前烘烤阶段工艺曲线图。

图2是本发明镀后烘烤阶段工艺曲线图。

具体实施方式

一种硅铝封装外壳的分段式除氢方法，适用于各类硅铝封装外壳及梯度硅铝封装外壳，该方法包括镀前烘烤和镀后烘烤两个阶段。镀前烘烤和镀后烘烤均需在10^-2～10^-4Pa真空条件下进行，有利于烘烤过程中氢气的释放，即：镀前烘烤和镀后烘烤前均要将炉内真空度抽至10^-2～10^-4Pa范围内时才可开启加热。

所述的镀前是指零件清洗后未进行电镀的阶段。镀前烘烤在真空钎焊炉中进行，升温速率8℃/min，升温至225～275℃保温5～10min后，再用4℃/min的速率升至300～350℃，保温40～48h。

所述的镀后是指装架前镀金后48h内。镀后烘烤要在真空钎焊炉内进行，并要在镀镍镀金后48h内进行烘烤：升温速率8℃/min，升温至125～175℃保温5～10min后，再以4℃/min的速率升至200～250℃，保温40～48h。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本实施例选取尺寸为16mm×16.6mm×7mm，壁厚3.0mm的硅铝外壳进行说明，具体实施方式如下：

(1)将清洗后电镀前未进行装配的外壳无重叠地置于真空钎焊炉内，开启真空泵待炉内气压达到10^-2～10^-4Pa范围内时，才可启动程序进行加热；

(2)镀前烘烤加热程序按照图1所示进行设置：升温速率设置为8℃/min，升温至225～275℃后保温5～10min，再以4℃/min的速率升至300～350℃，保温40～48h。程序结束，随炉冷却，待炉温降至60℃以下时，打开炉门，取出外壳进行下一步电镀；

(3)电镀步骤结束后，镀后烘烤步骤需在电镀步骤结束后48h内实施，同样在真空钎焊炉内进行，同样的，待真空炉内气压达到10^-2～10^-4Pa范围内时，才可启动程序进行加热；

(4)镀后烘烤加热程序按照图2所示进行设置：升温速率设置为8℃/min，升温至125～175℃后保温5～10min，再以4℃/min的速率升至200～250℃，保温40～48h。程序结束，随炉冷却，待炉温降至60℃以下时，取出外壳进行下一步装配，至此除氢完成。

镀前烘烤和镀后烘烤各工艺参数是经多次试验优化后得出的，且综合考虑了生产效率及除氢效果，可以将管壳内氢含量严格控制在2000ppm以下。

本发明和现有常见方法除氢效果的对比：

如表1所示是同种管壳分别采用本发明方法和只在镀后250℃氮气气氛下烘烤48h的方法除氢后氢含量测试结果，两种方法均在除氢后进行封帽，并在150℃的烘箱内进行1000h的高温储存后，检测管壳内部气氛含量。

表1.硅铝外壳不同方法除氢后气氛含量检测结果

如表1所示，样品编号1-4为镀前不烘烤、只在镀后250℃氮气气氛下烘烤48h进行除氢后的气氛检测结果，5-8为采用本发明方法进行分段式除氢后的气氛检测结果。通过对比可以发现，本发明方法的除氢效果要远远优于常见的只在镀后250℃下烘烤48h的方法。

两种除氢方法对镀层可焊性影响的对比：

氮气气氛下将金锡焊料置于经本发明方法除氢后的硅铝外壳上通过340℃的钎焊链式炉进行润湿铺展试验，试验结果显示，采用本发明方法进行除氢的硅铝外壳焊料润湿角远远小于镀前不烘烤、只在镀后250℃氮气气氛下下烘烤48h的除氢方法，对镀层的可焊性影响较小。

本发明为了排除气氛对除氢效果的影响，镀前烘烤和镀后烘烤均在真空条件下进行。具体步骤为烘烤前真空炉内抽真空至10^-2～10^-4Pa范围内，然后开启加热程序进行加热。程序结束后，炉内温度降至60℃以下时，才可打开放气阀，打开外炉门。

本发明中的镀前是指零件清洗后、电镀前的阶段，此阶段将基体材料中的大量氢排除，提升除氢效果。本发明中的镀后是指装架前镀镍镀金后的48h内，如镀后存滞时间过长，管壳在镀覆过程中吸附的氢会逐渐扩散至壳体内部，不利于后续的烘烤。

本发明中镀前烘烤和镀后烘烤两个阶段均在真空钎焊炉内真空条件下进行，确保达到良好的除氢效果，控制氢含量在2000ppm以下。

Claims (5)

1.一种硅铝封装外壳的分段式除氢方法，其特征在于，包括镀前烘烤和镀后烘烤两个阶段；镀前是指零件清洗后未进行电镀的阶段，镀后是指装架前镀金后48h内，所述镀前烘烤和镀后烘烤均在10^-2～10^-4Pa真空条件下进行。

2.根据权利要求1所述的硅铝封装外壳的分段式除氢方法，其特征在于，镀前烘烤和镀后烘烤前均要将炉内真空度抽至10^-2～10^-4Pa范围内时才可开启加热。

3.根据权利要求2所述的硅铝封装外壳的分段式除氢方法，其特征在于，电镀前将未进行装配的外壳无重叠地置于真空钎焊炉内。

4.根据权利要求1所述的硅铝封装外壳的分段式除氢方法，其特征在于，镀前烘烤在真空钎焊炉中进行，升温速率8℃/min，升温至225～275℃保温5～10min后，再用4℃/min的速率升至300～350℃，保温40～48h。

5.根据权利要求1所述的硅铝封装外壳的分段式除氢方法，其特征在于，镀后烘烤在真空钎焊炉内进行，在镀镍镀金后48h内进行烘烤：升温速率8℃/min，升温至125～175℃保温5～10min后，再以4℃/min的速率升至200～250℃，保温40～48h。