CN115338495A - 一种陶瓷管壳气密封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷管壳气密封装方法，该方法包括将盖板、陶瓷管壳和焊料用清洗剂清洗干净，然后放入真空干燥箱烘干水分，将焊料片与盖板进行对位，使用激光打点的方式将焊料片与盖板的位置进行固定，使用定位工装将盖板与管壳进行对位装配，然后进行激光打点固定盖板与管壳的位置，使用平行缝焊机配合阵列工装实现可伐盖板与陶瓷管壳的气密封装。本发明通过对配装可伐合金盖板的一体化陶瓷管壳在盖板与管壳间添加金锡合金焊料，控制金锡合金焊料片的厚度及对焊料片进行预定位固定焊料片的位置，利用激光打点固定管壳与盖板，进行阵列平行缝焊封装，解决了目前一体化陶瓷管壳气密性封装效率低、可靠性差、气密指标不稳定的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及器件封装技术领域，尤其涉及到一种陶瓷管壳气密封装方法。
背景技术
卫星通信具有覆盖范围广、传输距离远、通信容量大、传输质量好、组网灵活迅速和保密性高等众多优点，已成为当今极具竞争力的通信手段，为生产生活带来了极大便利。相控阵天线通过阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状，因其具有波束可快速切换、同时多波束、波束赋形、扫描速度快、可靠性高等优点在卫星通信系统空间段及用户终端都具有广泛应用。随着卫星通信系统向更高频段、更高带宽发展，要求相控阵天线具有高效率、大孔径、低剖面、高集成化、轻量化和低成本等特点，从而满足卫星通信相控阵天线对功能、性能、体积、重量、成本等的综合要求。
有源相控阵收发组件是相控阵天线的核心组成部分，集成了射频切换开关、功率放大器、低噪声放大器、移相器、衰减器、限幅器等功能部件，直接决定了相控阵天线的性能。随着相控阵天线向高集成化、轻量化、低成本发展，推动了收发组件实现小型化与高密度集成，收发组件器件化技术目前在相控阵天线中应用广泛。
芯片器件化后的收发组件通常将功能芯片封装在管壳内。对于带有可伐围框的陶瓷管壳，可通过直接平行缝焊的方式实现盖板与管壳气密封装。但该种方式需要在陶瓷基体上预先植入可伐围框，可伐围框和陶瓷基体预先结合的结构具有散热性差、电路性能指标衰减、工艺复杂的特点。为了提高管壳的散热性能，保证电路设计的有效性，并进一步减轻收发组件的重量，提高收发组件的批生产性，一体化陶瓷管壳已经成为了主流趋势。一体化的陶瓷管壳由于没有可伐围框，无法直接采用平行缝焊的方式实现气密封装，对于该种管壳，目前采用的较多的封装方法是在管壳和盖板之间采用金锡焊料进行熔封，其熔融温度高达300℃，封装时对管壳整体进行加热，由于芯片及胶粘剂通常无法长时间承受300℃高温，该种封装方式容易造成芯片的损坏、胶粘剂重熔，并且封装后的气密性受熔封空洞影响较大，气密性指标不稳定。一体化陶瓷管壳在与可伐合金盖板配作时，还可以采用金锡合金焊料进行平行缝焊，但该种技术方式目前尚未完全成熟，具有焊料控制不当容易外溢内溅、可生产性有待提高的特点。因此面向未来大规模应用，对于配装可伐盖板的一体化陶瓷管壳需要一种生产率高、可靠性强的气密封装方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种陶瓷管壳气密封装方法，旨在解决目前一体化陶瓷管壳气密性封装效率低、可靠性差、气密指标不稳定的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种陶瓷管壳气密封装方法，所述方法包括以下步骤：
S1：将盖板、陶瓷管壳和焊料用清洗剂清洗干净，然后放入真空干燥箱烘干水分；
S2：烘干后，将焊料片与盖板进行对位，使用激光打点的方式将焊料片与盖板的位置进行固定；
S3：盖板与焊料片位置固定后，使用定位工装将盖板与管壳进行对位装配，然后进行激光打点固定盖板与管壳的位置；
S4：使用平行缝焊机配合阵列工装实现可伐盖板与陶瓷管壳的气密封装。
可选的，所述步骤S4前，还包括：用清洗剂对陶瓷管壳封装区域、可伐盖板、金锡焊料进行擦洗，擦洗后，放入真空干燥箱烘干水汽，温度100℃，时间12h，气压100pa。
可选的，所述可伐盖板与陶瓷管壳通过金锡合金焊料进行封装，金锡焊料的厚度为20μm。
可选的，所述步骤S2，具体包括：
S21：将金锡合金焊料与盖板进行对位，对位后使用激光打点机将金锡合金焊料与盖板进行位置固定；
S22：在金锡合金焊料的四角进行激光打点，打点顺序为先打金锡合金焊料对角位置固定金锡合金焊料与盖板，然后完成另外对角激光打点实现金锡合金焊料与盖板位置的完全固定；
S23：进行金锡合金焊料位置固定时，使用的激光打点的焊笔直径为 0.3mm，激光打点的工艺参数为：脉冲宽度为1ms，延迟时间2s，电压3.95V，电流356A。
可选的，所述步骤S3中，使用定位工装将盖板与管壳进行对位装配，具体包括：在装配时，先将盖板在工装上摆放整齐，然后将管壳倒扣于盖板上，固定好工装后，将整体转移至盖板朝上，进行激光打点固定盖板与管壳的位置。
可选的，所述步骤S3中，激光打点固定盖板与管壳的位置，具体包括：
先对管壳与盖板的对角进行位置固定，再对长边和短边的中心位置进行位置固定，形成的激光固定点布局应为：管壳四角均应有一个位置固定点，长边中心位置各有一个固定点，短边中心位置各有一个位置固定点；
其中：在固定盖板与管壳时，使用的激光打点焊笔直径为0.3mm，激光打点工艺参数为：脉冲宽度为1ms，延迟时间1.2s，电压3.95V，电流356A。
可选的，所述步骤S4中，在平行缝焊时，先进行每列长边缝焊，逐列封装直至所有管壳长边封装完毕后，再进行阵列管壳逐列短边封装，直至所有管壳封装完毕。
可选的，平行缝焊的工艺参数为：使用平行缝焊紫铜电极角度为9°，平行缝焊焊接压力为35g，焊接功率百分比为54％，预焊数为3，焊接速度为 100mil/s，单边重复滚压次数为2。
本发明实施例提出的一种陶瓷管壳气密封装方法，该方法包括将盖板、陶瓷管壳和焊料用清洗剂清洗干净，然后放入真空干燥箱烘干水分，将焊料片与盖板进行对位，使用激光打点的方式将焊料片与盖板的位置进行固定，使用定位工装将盖板与管壳进行对位装配，然后进行激光打点固定盖板与管壳的位置，使用平行缝焊机配合阵列工装实现可伐盖板与陶瓷管壳的气密封装。本发明通过对配装可伐合金盖板的一体化陶瓷管壳在盖板与管壳间添加金锡合金焊料，控制金锡合金焊料片的厚度及对焊料片进行预定位固定焊料片的位置，利用激光打点固定管壳与盖板，进行阵列平行缝焊封装，解决了目前一体化陶瓷管壳气密性封装效率低、可靠性差、气密指标不稳定的技术问题。
附图说明
图1为本发明一种陶瓷管壳气密封装方法的流程示意图；
图2为本发明焊料片与盖板打点位置的示意图；
图3为本发明盖板与管壳激光打点位置及打点顺序的示意图；
图4为本发明盖板与管壳的装配定位工装的示意图；
图5为本发明平行缝焊阵列工装的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
目前，在相关技术领域，现有一体化陶瓷管壳气密性封装效率低、可靠性差、气密指标不稳定。
为了解决这一问题，提出本发明的陶瓷管壳气密封装方法的各个实施例。本发明提供的陶瓷管壳气密封装方法通过对配装可伐合金盖板的一体化陶瓷管壳在盖板与管壳间添加金锡合金焊料，控制金锡合金焊料片的厚度及对焊料片进行预定位固定焊料片的位置，利用激光打点固定管壳与盖板，进行阵列平行缝焊封装，解决了目前一体化陶瓷管壳气密性封装效率低、可靠性差、气密指标不稳定的技术问题。
本发明实施例提供了一种陶瓷管壳气密封装方法，参照图1，图1为本发明陶瓷管壳气密封装方法实施例的流程示意图。
本实施例中，所述陶瓷管壳气密封装方法包括以下步骤：
S1：将盖板、陶瓷管壳和焊料用清洗剂清洗干净，然后放入真空干燥箱烘干水分；
S2：烘干后，将焊料片与盖板进行对位，使用激光打点的方式将焊料片与盖板的位置进行固定；
S3：盖板与焊料片位置固定后，使用定位工装将盖板与管壳进行对位装配，然后进行激光打点固定盖板与管壳的位置；
S4：使用平行缝焊机配合阵列工装实现可伐盖板与陶瓷管壳的气密封装。
本实施例提供如下具体步骤：
步骤一、首先将可伐盖板、一体化陶瓷管壳缝焊区域、厚度为20μm的金锡焊料片用清洗进行擦洗，去除灰尘及油污，擦洗后将盖板及陶瓷管壳放入真空干燥箱内烘干水分，烘干时设置真空干燥箱温度为100℃，真空度为100Pa,烘干时间为12h。
步骤二、将干燥后的金锡焊料片与可伐盖板进行预装配定位。将金锡焊料片沿盖板边缘铺展，铺展平整后转移至激光打点机进行激光打点固定焊料片与盖板的位置，在激光打点时打点顺序按照对角优先打点原则，一对对角固定后再固定另一对角，如图2所示。激光打点固定金锡焊料片与盖板的位置时，参数设置为脉冲宽度为1ms，延迟时间2s，电压3.95V，电流356A。
步骤三、金锡焊片与可伐盖板位置固定后，使用装配定位工装对盖板1 与一体化管壳2进行装配。在装配时在装配定位工装的压板3上先放置可伐盖板1，然后将一体化陶瓷管壳2倒置于盖板1上，再将工装底板与管壳底部接合，使用螺钉对装配定位工装的定位板4与压板3进行紧固连接，完成管壳2与盖板1的对位，如图3所示。将工装翻至180°使盖板1面朝上，进行盖板1与管壳2位置固定打点。
步骤四、使用激光打点机进行盖板与管壳位置固定。在进行激光打点时先固定长边的位置然后固定短边的位置。在进行激光打点时，打点位置应沿着盖板与管壳边缘均匀分布，两侧对称打点。形成的激光固定点布局应为管壳四角均有一个位置固定点，长边中间均匀分布两点，短边中间均匀分布一点，如图4所示。在进行激光打点固定盖板与管壳的位置时，使用的工艺参数为：脉冲宽度为1ms，延迟时间1.2s，电压3.95V，电流356A。
步骤五、盖板1与陶瓷管壳2的位置固定后，将管壳2放置于平行缝焊阵列工装的基座5上，转移至平行缝焊机进行平行缝焊，如图5所示。平行缝焊时，电极滚轮锥角角度为9°,平行缝焊焊接压力为35，焊接功率百分比为54％，预焊数为3，焊接速度为100mil/s。单边重复滚压2次。
步骤六、在进行封装时，按照阵列方式进行逐列封装，完成一列封装后，再进行其他列封装。所有列长边缝焊完毕后，旋转平行缝焊阵列工装90°，进行盖板1与管壳2短边逐列缝焊，直至所有边均缝焊完毕。
在本实施例中，使用该方法进行的可伐盖板与一体化陶瓷管壳气密封装生产效率高，封装质量可靠，形成的焊缝无裂纹，并且焊缝均匀、饱满、光亮，气密性指标稳定，漏气率为10-11Pa·mm3/s数量级。
具体而言，本实施例通过对配装可伐合金盖板的一体化陶瓷管壳通过在盖板与管壳间添加金锡合金焊料，采用平行缝焊气密封装的方式，实现了一体化陶瓷管壳的平行缝焊气密封装，解决了传统熔封方式对组装后的管壳整体持续加热，温度高达300℃，管壳整体受热芯片易烧毁、胶粘剂二次熔融的问题。
另外，本实施例提高了一体化陶瓷管壳气密封装的封装质量。通过控制金锡合金焊料片的厚度及对焊料片进行预定位固定焊料片的位置，防止焊料过多及焊料片位置窜动造成的焊料外溢内溅，污染管壳内的芯片及器件，与此同时保持了盖板与焊料片定位后的平整度，实现了平行缝焊滚轮压滚封装部位导热均匀。通过激光打点固定管壳与盖板，合理的优化了激光固定点的分布与布局，保证盖板与管壳定位的同时，避免了超薄盖板的翘曲，减小了管壳封装的内应力。通过工艺参数的合理设置提升了一体化陶瓷管壳气密封装的稳定性与一致性，封装可靠性高，气密指标漏气率仅为10-11Pa·mm3/s 数量级。
同时，本实施例还提高了一体化陶瓷管壳气密封装的可生产性及生产效率。通过盖板与管壳装配打点工装提高了装配对位准确度及可生产性，通过阵列平行缝焊工装提高了一体化陶瓷管壳封装的生产效率，减少了单只管壳封装多次重复拆卸造成的时间浪费以及封装路径浪费。使一体化陶瓷管壳气密封装减少了对人工操作经验和熟练度的依赖，具备批生产性及自动化生产潜能。
以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种陶瓷管壳气密封装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将盖板、陶瓷管壳和焊料用清洗剂清洗干净，然后放入真空干燥箱烘干水分；
S2：烘干后，将焊料片与盖板进行对位，使用激光打点的方式将焊料片与盖板的位置进行固定；
S3：盖板与焊料片位置固定后，使用定位工装将盖板与管壳进行对位装配，然后进行激光打点固定盖板与管壳的位置；
S4：使用平行缝焊机配合阵列工装实现可伐盖板与陶瓷管壳的气密封装。
2.如权利要求1所述的陶瓷管壳气密封装方法，其特征在于，所述步骤S4前，还包括：用清洗剂对陶瓷管壳封装区域、可伐盖板、金锡焊料进行擦洗，擦洗后，放入真空干燥箱烘干水汽，温度100℃，时间12h，气压100pa。
3.如权利要求1所述的陶瓷管壳气密封装方法，其特征在于，所述可伐盖板与陶瓷管壳通过金锡合金焊料进行封装，金锡焊料的厚度为20μm。
4.如权利要求3所述的陶瓷管壳气密封装方法，其特征在于，所述步骤S2，具体包括：
S21：将金锡合金焊料与盖板进行对位，对位后使用激光打点机将金锡合金焊料与盖板进行位置固定；
S22：在金锡合金焊料的四角进行激光打点，打点顺序为先打金锡合金焊料对角位置固定金锡合金焊料与盖板，然后完成另外对角激光打点实现金锡合金焊料与盖板位置的完全固定；
S23：进行金锡合金焊料位置固定时，使用的激光打点的焊笔直径为0.3mm，激光打点的工艺参数为：脉冲宽度为1ms，延迟时间2s，电压3.95V，电流356A。
5.如权利要求1所述的陶瓷管壳气密封装方法，其特征在于，所述步骤S3中，使用定位工装将盖板与管壳进行对位装配，具体包括：在装配时，先将盖板在工装上摆放整齐，然后将管壳倒扣于盖板上，固定好工装后，将整体转移至盖板朝上，进行激光打点固定盖板与管壳的位置。
6.如权利要求1所述的陶瓷管壳气密封装方法，其特征在于，所述步骤S3中，激光打点固定盖板与管壳的位置，具体包括：
先对管壳与盖板的对角进行位置固定，再对长边和短边的中心位置进行位置固定，形成的激光固定点布局应为：管壳四角均应有一个位置固定点，长边中心位置各有一个固定点，短边中心位置各有一个位置固定点；
其中：在固定盖板与管壳时，使用的激光打点焊笔直径为0.3mm，激光打点工艺参数为：脉冲宽度为1ms，延迟时间1.2s，电压3.95V，电流356A。
7.如权利要求1所述的陶瓷管壳气密封装方法，其特征在于，所述步骤S4中，在平行缝焊时，先进行每列长边缝焊，逐列封装直至所有管壳长边封装完毕后，再进行阵列管壳逐列短边封装，直至所有管壳封装完毕。
8.如权利要求1所述的陶瓷管壳气密封装方法，其特征在于，平行缝焊的工艺参数为：使用平行缝焊紫铜电极角度为9°，平行缝焊焊接压力为35g，焊接功率百分比为54％，预焊数为3，焊接速度为100mil/s，单边重复滚压次数为2。
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