CN114918538A - 一种用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路封装技术领域，具体公开了一种用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，包括：首先用微波等离子清洗机清洗管壳、盖板和环形焊料；然后将微波清洗之后的管壳、盖板和环形焊料放入烘箱中烘烤去除水汽；接着将管壳或承载所述管壳的载具固定在加热台上，将盖板嵌套在环形焊料之中，并将其与管壳对位并施加压力固定；然后将激光光斑对准环形焊料四角进行激光点焊；最后用激光束沿着环形焊料进行激光焊接，并对激光焊接后的元器件进行目检及气密性检测。本发明避免了常规激光封焊工艺对管壳及盖板镀层的破坏问题，降低了焊接过程颗粒侵入元器件内部的可能性，提高了气密性封装元器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，更具体地，涉及一种用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法。
背景技术
高可靠集成电路元器件往往是航空、航天、军工等领域的关键部件，由于服役环境恶劣，需要对其进行气密性封装来实现内部电路与外界环境的隔绝，避免受到外界环境的干扰与破坏。若元器件达不到气密性要求，元器件内部电路及键合引线被外界环境的有害气体或水汽所腐蚀的可能性会大大增加，同时也面临着外部自由粒子侵入的危险，从而使得器件过早失效并降低元器件的可靠性等级。因此，气密性封装对于高可靠集成电路尤为重要。
目前，若采用钎焊封焊的气密性封装技术，需对元器件进行整体加热，要求元器件内部电路可承受温度要高于封焊温度，从而该技术的适用范围有限。若采用平行缝焊的气密性封装技术，盖板表面一般采用熔点较低的化学镀镍工艺，但焊接过程中盖板上与焊接电极接触位置容易因电阻热发生熔化破损。若采用常规激光封焊的气密性封装技术，需通过高能束激光使得金属盖板部分与陶瓷或金属外壳的密封环部分共同熔化形成接头，直接破坏了盖板镀层。上述两种方法均采用集中热源，所以对器件内部电路影响极小，但容易破坏金属盖板表面镀层的完整性，使得镀层下部的铁元素外露，进一步诱发盐雾试验中的锈蚀失效，导致器件的耐腐蚀性能降低，为器件的可靠性带来隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有气密性封焊技术的缺陷，提供了一种用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，扩展激光封焊的适用性及整体封装技术的多样性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，包括以下步骤：
步骤1：用微波等离子清洗机清洗管壳、盖板和环形焊料；
步骤2：将微波清洗之后的管壳、盖板和环形焊料放入烘箱中烘烤去除水汽；
步骤3：将管壳或承载所述管壳的载具固定在加热台上，将盖板嵌套在环形焊料之中，并将其与管壳对位并施加压力固定；
步骤4：将激光光斑对准环形焊料四角进行激光点焊；
步骤5：用激光束沿着环形焊料进行激光焊接；
步骤6：对激光焊接后的元器件进行目检及气密性检测。
进一步地，所述管壳的焊接面局部镀金，所述盖板的全部表面整体镀金，镀金方式为化镀或电镀，镀层采用电镀工艺进行镀金。
进一步地，所述步骤1中，所述用微波等离子清洗机清洗过程中，所述管壳的焊接面和所述盖板的焊接面均朝上摆放，所述环形焊料用载具挂起悬空摆放；清洗气体采用氮气-氢气混合气体，功率为200-800 W，气体流量为50-300 sccm，清洗时间为2-12 min。
进一步地，所述步骤2中，所述烘箱为氮气或真空烘箱，烘烤温度为70~90℃，烘烤时间为1~3小时。
进一步地，所述步骤3中，所述管壳直接或通过载具固定在加热台上，加热台温度控制在70~90℃。
进一步地，所述步骤3中，所述对位采用真空吸附的方式，拾取带有所述环形焊料的盖板，将其与所述管壳对位，并对盖板施加压力使得焊接面接触。
进一步地，所述步骤4中，所述激光点焊时，保证所述激光光斑在所述环形焊料之上。
进一步地，所述步骤5中，所述激光焊接过程中，将所述环形焊料的其中一侧边处作为起点，用激光束沿着所述环形焊料进行激光焊接；并将所述环形焊料熔池边缘温度控制在所述环形焊料熔点和镀层熔点之间。
进一步地，所述步骤5中，所述激光束的波形为脉冲波形。
进一步地，所述步骤6中，利用显微镜放大倍数为10~50倍，检查所述激光焊接后的元器件的焊缝是否存在断点、气孔或裂纹缺陷；
若无缺陷，则用氟油/氦气加压台、气泡检漏仪及氦质谱检漏仪检查所述激光焊接后的元器件的气密性，检测结果需满足GJB 548B-2005的气密性要求。
本发明提供的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法具有以下优点：
（1）本发明可通过加热台对管壳和盖板进行充分预热，可以减少水汽侵扰、加快焊接速度并降低焊后的焊缝脆性；
（2）本发明通过可调的激光光斑大小和激光功率，可以有效调整激光的能量密度和能量分布，从而可以控制环形焊料的熔池大小和熔池温度；
（3）合适的熔池大小可以使得焊料在焊接垂直方向上充分熔化，促使液态焊料通过毛细作用向管壳和盖板的夹缝处流淌，可实现可靠的密封作用；
（4）通过将焊料熔池边缘温度控制在焊料熔点和镀层熔点之间，可以在实现焊接的同时避免管壳和盖板镀层的熔化，从而保护了镀层的完整性，避免了外界侵蚀，提高了元器件的抗盐雾失效能力；
（5）在实施焊接之前，管壳和盖板夹层的间距较小且无焊料，降低了焊接过程飞溅颗粒进入元器件腔体的可能性，提高了元器件的可靠性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的激光封焊过程主视图。
图2为本发明提供的激光封焊过程俯视图。
图中：1-盖板；2-环形焊料；3-管壳；4-激光束；5-激光光斑。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本实施例中提供了一种用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，如图1-2所示，用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法包括以下步骤：
步骤1：用微波等离子清洗机清洗管壳3、盖板1和环形焊料2；
步骤2：将微波清洗之后的管壳3、盖板1和环形焊料2放入烘箱中烘烤去除水汽；
步骤3：将管壳3或承载所述管壳3的载具固定在加热台上，将盖板1嵌套在环形焊料2之中，并使得两者焊接面在同一水平面，然后将其与管壳3对位并施加压力固定；
步骤4：将激光光斑5对准环形焊料2四角进行激光点焊；
步骤5：用激光束4沿着环形焊料2进行激光焊接；
步骤6：对激光焊接后的元器件进行目检及气密性检测。
优选地，所述管壳3的焊接面局部镀金，所述盖板1的全部表面整体镀金，镀金方式为化镀或电镀，镀层采用电镀工艺进行镀金，以提高镀层的熔化温度，拓宽激光封焊的参数范围，保证焊接过程镀层的完整性；要求管壳3焊接面、镀金盖板1及环形焊料2平面度小于等于0.1 mm。
优选地，所述管壳3为陶瓷管壳或金属管壳，盖板1为可伐合金，盖板1表面镀层为镍、金。
优选地，所述环形焊料2为预成型焊环，焊料成分为An80Sn20共晶焊料。
优选地，所述步骤1中，所述用微波等离子清洗机清洗过程中，所述管壳3的焊接面和所述盖板1的焊接面均朝上摆放，所述环形焊料2用载具挂起悬空摆放；清洗气体采用氮气-氢气混合气体，功率为200-800 W，气体流量为50-300 sccm，清洗时间为2-12 min。
优选地，所述步骤2中，所述烘箱为氮气或真空烘箱，烘烤温度为70~90℃，烘烤时间为1~3小时。
优选地，所述步骤3中，所述管壳3直接或通过载具固定在加热台上，加热台温度控制在70~90℃。
优选地，所述加热台带有夹具，可将管壳3或承载管壳3的载具进行有效夹持。所述加热台加热温度在50~200℃可调。
优选地，所述步骤3中，所述对位采用真空吸附的方式，拾取带有所述环形焊料2的盖板1，将其与所述管壳3对位，并对盖板1施加压力使得焊接面接触。
优选地，所述步骤4中，所述激光点焊时，需调整实际激光光斑5大小和激光功率，对环形焊料2四角进行激光点焊。点焊时需保证激光光斑5仅在环形焊料2之上，不可用激光光斑5直接打到盖板1或管壳3表面，以免破坏镀层的完整性。
优选地，所述激光光斑5为圆形，激光光斑5尺寸在0.2~1.0 mm可调。
优选地，所述步骤5中，所述激光焊接过程中，将所述环形焊料2的其中一侧边处作为起点，用激光束4沿着所述环形焊料2进行激光焊接，焊接终止段与起始段需有部分重合以确保封焊完全；并将所述环形焊料2熔池边缘温度控制在所述环形焊料2熔点和镀层熔点之间，可以在实现焊接的同时避免管壳3和盖板1镀层的熔化，从而保护了镀层的完整性，避免了外界侵蚀，提高了元器件的抗盐雾失效能力。
优选地，所述步骤5中，所述激光束4的波形为脉冲波形，激光功率可调，可以通过脉冲波形参数灵活控制激光热输入及焊料2熔池大小。合适的熔池大小可以使得焊料2在焊接垂直方向上充分熔化，促使液态焊料2通过毛细作用向管壳3和盖板1的夹缝处流淌。
优选地，所述步骤6中，利用显微镜放大倍数为10~50倍，检查所述激光焊接后的元器件的焊缝是否存在断点、气孔、裂纹等缺陷；若无缺陷，则用氟油/氦气加压台、气泡检漏仪及氦质谱检漏仪检查所述激光焊接后的元器件的气密性，检测结果需满足GJB 548B-2005的气密性要求。
本发明避免了常规激光封焊工艺对管壳3及盖板1镀层的破坏问题，降低了焊接过程颗粒侵入元器件内部的可能性，实现了良好的气密性封装，提高了气密性封装元器件的可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：用微波等离子清洗机清洗管壳（3）、盖板（1）和环形焊料（2）；
步骤2：将微波清洗之后的管壳（3）、盖板（1）和环形焊料（2）放入烘箱中烘烤去除水汽；
步骤3：将管壳（3）或承载所述管壳（3）的载具固定在加热台上，将盖板（1）嵌套在环形焊料（2）之中，并将其与管壳（3）对位并施加压力固定；
步骤4：将激光光斑（5）对准环形焊料（2）四角进行激光点焊；
步骤5：用激光束（4）沿着环形焊料（2）进行激光焊接；
步骤6：对激光焊接后的元器件进行目检及气密性检测。
2.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述管壳（3）的焊接面局部镀金，所述盖板（1）的全部表面整体镀金，镀金方式为化镀或电镀，镀层采用电镀工艺进行镀金。
3.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述步骤1中，所述用微波等离子清洗机清洗过程中，所述管壳（3）的焊接面和所述盖板（1）的焊接面均朝上摆放，所述环形焊料（2）用载具挂起悬空摆放；清洗气体采用氮气-氢气混合气体，功率为200-800 W，气体流量为50-300 sccm，清洗时间为2-12 min。
4.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述步骤2中，所述烘箱为氮气或真空烘箱，烘烤温度为70~90℃，烘烤时间为1~3小时。
5.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述步骤3中，所述管壳（3）直接或通过载具固定在加热台上，加热台温度控制在70~90℃。
6.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述步骤3中，所述对位采用真空吸附的方式，拾取带有所述环形焊料（2）的盖板（1），将其与所述管壳（3）对位，并对盖板（1）施加压力使得焊接面接触。
7.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述步骤4中，所述激光点焊时，保证所述激光光斑（5）在所述环形焊料（2）之上。
8.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述步骤5中，所述激光焊接过程中，将所述环形焊料（2）的其中一侧边处作为起点，用激光束（4）沿着所述环形焊料（2）进行激光焊接；并将所述环形焊料（2）熔池边缘温度控制在所述环形焊料（2）熔点和镀层熔点之间。
9.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述步骤5中，所述激光束（4）的波形为脉冲波形。
10.根据权利要求1所述的用于高可靠集成电路气密性封装的激光封焊方法，其特征在于，所述步骤6中，利用显微镜放大倍数为10~50倍，检查所述激光焊接后的元器件的焊缝是否存在断点、气孔或裂纹缺陷；
若无缺陷，则用氟油/氦气加压台、气泡检漏仪及氦质谱检漏仪检查所述激光焊接后的元器件的气密性，检测结果需满足GJB 548B-2005的气密性要求。
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