CN117564466B - 微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，包括：步骤1：测量焊接处的厚度，调整激光器的离焦量；步骤2：控制激光器在被加工产品表面打出焊点，测量焊点的直径，测量被加工产品上需要焊接的路径长度L，若路径长度L超过预设值则进入步骤3，若未超过，则进入步骤4；步骤3：采用脉冲激光模式，计算激光器的激光束的焊接速度与频率的比例；步骤4：采用连续激光模式，调整焊接速度；步骤5：根据步骤3或步骤4计算所得的值调整激光束，焊接被加工产品。本发明根据焊接路径长度来使用脉冲激光模式或连续激光模式，调整好功率、离焦量、速度与频率的比例等，使焊缝连续，焊缝变宽，熔融效果更好，进而提升了产品的气密性。
Description
技术领域
本发明涉及微电子器件封装技术领域，尤其涉及一种微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法。
背景技术
随着芯片行业的崛起，市场对芯片等微电子器件封装的可靠程度提出了更高的需求，激光精密焊接用于微电子器件封装，具有其他焊接方式都不具有的优势，焊缝最小、精度最高，并且非接触式加工不易造成应力变形和虚焊现象，良品率高。但是由于激光器的功率波动，或者材料厚度不均匀则会在焊接过程中产生焊缝断连的情况。精密激光焊接加工的产品对气密性有很高的需求，焊接封闭腔体时出现的焊缝断连，直接导致了产品的气密性能不合格。
如图1所示，被加工产品为礼帽状的光窗管帽，需要通过激光将其焊接在基板上，实现密封。因此，本领域中一般在光窗管帽的帽沿部分进行焊接，而现有的焊接方法气密性不能达到要求。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，以提升产品的气密性能。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，包括：
步骤1：测量被加工产品的焊接处的厚度，根据厚度调整激光器的离焦量；
步骤2：控制激光器在被加工产品表面打出焊点，测量焊点的直径，测量被加工产品上需要焊接的路径长度L，若路径长度L超过预设值则进入步骤3，若未超过，则进入步骤4；
步骤3：采用脉冲激光模式，根据路径长度调整激光器的脉宽和频率，并根据下式计算激光器的激光束的焊接速度与频率的比例：
；
d为焊点直径，v为焊接速度，u为预设的焊点覆盖率，f为激光频率；
再根据焊接速度和频率设置开光延时与关光延时；
步骤4：采用连续激光模式，将激光器的占空比调整为100%，根据下式调整焊接速度：
v=Φ*λ*L/P；
其中，v为焊接速度，Φ为激光器的单个脉冲能量，λ为激光波长，P为激光焊接功率；
步骤5：根据步骤3或步骤4计算所得的值调整激光束，控制激光束沿需要焊接的路径焊接被加工产品。
进一步地，步骤3中，根据下式调整开光延时与关光延时：
开光延时=4.2×106×100%×f /v；
关光延时=4.2×106×80%×f /v。
进一步地，u的范围为60%-70%。
进一步地，步骤1中，根据下式调整离焦量h：
h=xs-s2-s， 1<x；
h=s， 0<x<1；
h=xs-s2+s， x<0；
其中，x为激光器焦深，单位为毫米；s为被加工产品的焊接处的厚度。
进一步地，预设值为20mm。
进一步地，步骤5中，若根据步骤3的计算结果控制激光束进行焊接，当焊接路径为矩形或多边形，则根据下式调整拐角延时的参数，
m/v=t；
t×f=n；
u×m= n×d/100；
其中，m为焊接拐角长度，v为激光焊接速度，t为拐角延时，f为激光频率，n为拐角处焊点的个数。
进一步地，步骤4中的激光焊接功率为步骤3中的激光焊接功率的2/3。
本发明的有益效果为：本发明根据焊接路径长度来使用脉冲激光模式或连续激光模式，调整好功率、离焦量、速度与频率的比例等，使焊缝连续，焊缝变宽，熔融效果更好，进而提升了产品的气密性。
附图说明
图1是激光焊接被加工产品的示意图。
图2是本发明实施例的微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法的流程示意图。
附图标号说明
被加工产品1，基板2，激光3。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图2，本发明实施例的微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法包括步骤1～步骤5。
步骤1：测量被加工产品的焊接处的厚度，根据厚度调整激光器的离焦量。被加工产品一般为可伐合金材质。
步骤2：控制激光器在被加工产品表面打出焊点，测量焊点的直径，测量被加工产品上需要焊接的路径长度L，若路径长度L超过预设值（优选地，预设值为20mm）则进入步骤3，若未超过，则进入步骤4。本发明根据不同长度的焊接路径来选择不同的激光模式，步骤3的激光模式为脉冲激光模式，步骤4的激光模式为连续激光模式。
微电子封装的被加工产品的腔体壁通常较薄，容易产生形变，在调整焊接工艺参数时不应跨度过大。并且需要较高的加工平台与被加工产品的平整度。焊接时应尽量通过控制功率大小避免飞溅。
在使用脉冲激光模式的情况下，需要调整好速度与频率的比例，同时协调频率与功率控制激光器出光的光强。
在使用连续激光模式的情况下，当出现某一段焊接路径能量过大时，需要调整功率与离焦量，提高焊接工艺的容错率。当焊缝过窄出现断连时需要提高离焦量，焊碴容易排出，焊缝变宽熔融效果更好。
步骤3：采用脉冲激光模式，根据路径长度调整激光器的脉宽（脉冲宽度，单位为μs）和频率，并根据下式计算激光器的激光束的焊接速度与频率的比例：
；
d为焊点直径，v为焊接速度，u为预设的焊点覆盖率，f为激光频率；
再根据焊接速度和频率设置开光延时与关光延时。由于激光器的响应的滞后，焊接路径的开始与结尾处有可能出现断连，可以通过更改开光延时与关光延时来解决，根据实际情况判断需要延时的时间，开光延时通常调整为负数。当进行连续焊接作业时，为避免激光器波动影响激光器出光而造成的断连现象，需要调整结束延时用于保证连续焊接时激光器出光的稳定。
焊点直径可使用激光器在产品表面打点并测量点的直径，根据熔池深度及形状直接计算得到焊点直径。
本发明实施例的脉冲宽度Tu<100000μs/f (频率)。
步骤4：采用连续激光模式，将激光器的占空比调整为100%。步骤4由脉冲激光模式改变为连续激光模式，根据激光器的基本参数将频率参数调整为最高，并且将占空比调整为100%。
根据下式调整焊接速度：
v=Φ*λ*L/P；
其中，v为焊接速度，Φ为激光器的单个脉冲能量，λ为激光波长，P为激光焊接功率。优选地，步骤4中的激光焊接功率为步骤3中的激光焊接功率的2/3。
本发明根据被加工产品的属性调整功率的大小，由于连续激光模式下频率为定值，所以需要通过提高焊接速度来保证在单位时间内作用在被加工产品表面区域的激光能量不会过高，焊接能量过高导致产品表面穿透无法保证气密性，焊接能量过低会导致熔池过浅焊接件无法紧密结合。
在连续激光模式下焊接的速度会高于脉冲激光焊接，在高速焊接时激光器的响应会有延时导致出光滞后，焊接路径的开始与结尾处会出现断连，可以通过延长一部分焊接路径来避免焊接出现断连，如果路径重覆的焊接处能量过高，则需要更改延长部分的激光功率。
步骤5：根据步骤3或步骤4计算所得的值调整激光束，控制激光束沿需要焊接的路径焊接被加工产品。焊接能量过大会导致产品表面穿透无法保证气密性，焊接能量过小会导致熔池过浅出现断连或虚焊现象。因此需要根据步骤3或者步骤4的计算调整到适合的频率与功率的大小后再进行焊接。
作为一种实施方式，步骤3中，根据下式调整开光延时与关光延时：
开光延时=4.2×106×100%×f /v；
关光延时=4.2×106×80%×f /v。
作为一种实施方式，u的范围为60%-70%。
作为一种实施方式，步骤1中，根据下式调整离焦量h：
h=xs-s2-s， 1<x；
h=s， 0<x<1；
h=xs-s2+s， x<0；
其中，x为激光器焦深，单位为毫米；s为被加工产品的焊接处的厚度。
作为一种实施方式，步骤5中，若根据步骤3的计算结果控制激光束进行焊接，当焊接路径为矩形或多边形，则根据计算调整拐角延时的参数，
m/v=t；
t×f=n；
u×m= n×d/100；
其中，m为焊接拐角长度，v为激光焊接速度，t为拐角延时，f为激光频率，n为拐角处焊点的个数。焊接路径如果是矩形或多边形应注意拐角处的焊点覆盖度，如果覆盖度低出现断点则需要调整拐角延时的参数，根据速度可以算出激光的通过时间，再根据频率可以计算出焊点数量，通过改变拐点延时参数来增加焊点数量，从而增加焊点覆盖度。
实施例1
使用激光器为300W YAG激光器的脉冲激光模式，加工产品是厚度为0.13mm的可伐合金，工艺参数：
离焦量：0.35mm；
焊接速度：9mm/s；
焊接功率：25%；
频率：290 Hz；
脉冲宽度：275μm；
开光延时：2000μm；
关光延时：1000μm；
结束延时：300μm；
拐角延时：80μm。
加工后得出焊点直径为0.1mm，熔深0.15mm，焊点圆心间距为0.015mm的焊缝，通过公式计算v=d（1-u）f ，得到v=9mm/s；d=0.1mm；f=290hz。
可以得出焊点覆盖率u为69%，经过气密性测试后合格。
实施例2
使用激光器为300W YAG激光器的连续激光模式，加工产品是厚度为0.13mm的可伐合金，工艺参数：
离焦量：0.4mm；
焊接速度：270 mm/s；
焊接功率：34%；
频率：5000 Hz；
占空比：100%。
加工后得出焊痕宽度为0.25mm，熔深0.14mm，经过气密性测试后合格。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (7)
1.一种微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，其特征在于，包括：
步骤1：测量被加工产品的焊接处的厚度，根据厚度调整激光器的离焦量；
步骤2：控制激光器在被加工产品表面打出焊点，测量焊点的直径，测量被加工产品上需要焊接的路径长度L，若路径长度L超过预设值则进入步骤3，若未超过，则进入步骤4；
步骤3：采用脉冲激光模式，根据路径长度调整激光器的脉宽和频率，并根据下式计算激光器的激光束的焊接速度与频率的比例：
；
d为焊点直径，v为焊接速度，u为预设的焊点覆盖率，f为激光频率；
再根据焊接速度和频率设置开光延时与关光延时；
步骤4：采用连续激光模式，将激光器的占空比调整为100%，根据下式调整焊接速度：
v=Φ*λ*L/P；
其中，v为焊接速度，Φ为激光器的单个脉冲能量，λ为激光波长，P为激光焊接功率；
步骤5：根据步骤3或步骤4计算所得的值调整激光束，控制激光束沿需要焊接的路径焊接被加工产品。
2.如权利要求1所述的微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，其特征在于，步骤3中，根据下式调整开光延时与关光延时：
开光延时=4.2×106×100%×f /v；
关光延时=4.2×106×80%×f /v。
3.如权利要求1所述的微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，其特征在于，u的范围为60%-70%。
4.如权利要求1所述的微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，其特征在于，步骤1中，根据下式调整离焦量h：
h=xs-s2-s， 1<x；
h=s， 0<x< 1；
h=xs-s2+s， x<0；
其中，x为激光器焦深，单位为毫米；s为被加工产品的焊接处的厚度。
5.如权利要求1所述的微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，其特征在于，预设值为20mm。
6.如权利要求1所述的微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，其特征在于，步骤5中，若根据步骤3的计算结果控制激光束进行焊接，当焊接路径为矩形或多边形，则根据下式调整拐角延时的参数，
m/v=t；
t×f=n；
u×m= n×d/100；
其中，m为焊接拐角长度，v为激光焊接速度，t为拐角延时，f为激光频率，n为拐角处焊点的个数。
7.如权利要求1所述的微电子器件腔体壁的激光焊接封装方法，其特征在于，步骤4中的激光焊接功率为步骤3中的激光焊接功率的2/3。
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