CN117690807A - 一种AuSn熔封工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种AuSn熔封工艺方法，包括以下步骤：取盖板半成品与AuSn合金焊料环；将AuSn合金焊料环叠放在盖板半成品的正面Au环上后放入真空炉中；真空炉进行加热升温，使AuSn合金焊料环与正面Au环焊接在一起，在升温过程中，当温度超过180℃时往真空炉内通入甲酸；停止加热，冷却后取出盖板成品；取待封装的陶瓷管壳；盖板成品翻转后覆盖在陶瓷管壳上一起放入熔封炉中，在氮气氛围下，使AuSn合金环紧贴陶瓷管壳基座正面Au环熔融在一起；冷却得到陶瓷管壳熔封盖板成品。本发明的方法使AuSn合金焊料与盖板本体结合牢固，合金熔封时可以减少孔隙率，提升密封装强度及密封可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种封装工艺方法，本发明具体公开了一种AuSn熔封工艺方法。
背景技术
电子封装领域中，气密性封装盖板的应用非常广泛，尤其在高可靠封装领域，因为芯片必须与外界隔离以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降，所以封装必须具有很好的密封性能，封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥。现在有的封装方法一般是先使用脉冲点焊将镀金可伐合金片材与AuSn预成型焊片固定连接，然再将盖板置于陶瓷管壳密封区上，通过回流焊融化AuSn合金的预成型焊片，使其与下部壳体组装到一起实现密封。
使用脉冲点焊实现镀金可伐合金片材与AuSn合金预成型焊片固定连接的方法存在钎料连接不牢固，容易脱落等问题，而且该方法需要特殊设备，增加了成本，不便于提高生产效率，还可能损坏镀金可伐合金片材或AuSn合金预成型焊片。
由于陶瓷管壳基底上的钨金属层在固化时会收缩，使得焊环金属化区中间低两边高，呈凹字型。传统熔封盖板上焊料为平板型，熔封盖板的焊料环与陶瓷管壳钨金属化层的焊接面存在缝隙。若焊接时焊料流淌性不足，焊缝中的气孔无法排出，很容易在焊接区形成孔洞。
而公开号为CN202172064U的实用新型专利中，预成型焊片与密封盖板叠加中间设置阻焊层，再过回流焊，使预成型焊片融化后固定在密封盖板表面，由于使用回流焊，易导致焊片熔化后发生氧化，且形状无法保证。在后期进行合金熔封时使其内部散发的气体无法排除出，导致熔封后盖板与焊接环之间存在较大的面积孔洞，导致焊接质量下降，可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种焊料与盖板本体结合牢固、合金熔封时有助于焊缝中气孔的排出且易于实现的AuSn熔封工艺方法。
按照本发明提供的技术方案，所述AuSn熔封工艺方法，该方法包括以下步骤：
S1、取盖板半成品与AuSn合金焊料环，盖板半成品包括盖板本体、位于盖板本体侧面的盖板侧面Au层、位于盖板本体上表面的盖板正面Au环、位于盖板正面Au环内侧的盖板本体上表面的盖板正面Ni层、位于盖板本体下表面的盖板背面Au环以及位于盖板背面Au环内侧的盖板本体下表面的盖板背面Ni层，盖板正面Au环与AuSn合金焊料环的尺寸配合，备用；
S2、先将AuSn合金焊料环叠放在盖板半成品的盖板正面Au环上后放入真空炉中，再对真空炉进行抽真空，将真空炉的真空度控制在10Pa-1.0×10-3Pa；
S3、真空炉进行加热升温，当温度达到280-360℃时保温5-300s，AuSn合金焊料环熔化后金属液上表面成凸起弧形，使AuSn合金焊料环与盖板正面Au环焊接在一起，在升温过程中，当温度超过180℃时往真空炉内通入甲酸以清除富锡表面的氧化层从而进一步避免焊料氧化；
S4、保温结束，停止加热，使真空炉自然冷却到50℃以下时，打开真空炉，取出盖板成品，盖板成品包括盖板本体、位于盖板本体侧面的盖板侧面Au层、位于盖板本体上表面的盖板正面Au环、位于盖板正面Au环上表面的AuSn合金环、位于盖板正面Au环内侧的盖板本体上表面的盖板正面Ni层、位于盖板本体下表面的盖板背面Au环以及位于盖板背面Au环内侧的盖板本体下表面的盖板背面Ni层；
S5、取待封装的陶瓷管壳，陶瓷管壳包括陶瓷管壳基座，陶瓷管壳基座具有芯片固定凹腔，在芯片固定凹腔外侧的陶瓷管壳基座的上表面设有陶瓷管壳基座正面W环，陶瓷管壳基座正面W环的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面W环的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Ni环，陶瓷管壳基座正面Ni环的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面Ni环的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Au环，陶瓷管壳基座正面Au环的上表面为下凹弧形，陶瓷管壳基座正面Au环与所述AuSn合金环的尺寸配合，所取的陶瓷管壳备用；
S6、先将盖板成品翻转，使得AuSn合金环朝下，再将盖板成品覆盖在陶瓷管壳上，使AuSn合金环紧贴陶瓷管壳基座正面Au环，最后将陶瓷管壳与盖板成品一起放入熔封炉中，在氮气氛围下，逐渐升温至310~345℃并保温1~5分钟，使AuSn合金环紧贴陶瓷管壳基座正面Au环熔融在一起；
S7、保温结束，使熔封炉自然冷却到50℃以下时，得到陶瓷管壳熔封盖板成品。
作为优选，所述AuSn合金焊料环中，Au的含量为76-82wt%、Sn的含量为18-24wt%。
作为优选，所述盖板本体的材质为可伐合金。
作为优选，所述熔封炉为封帽炉或回流炉。
本发明的工艺方法具有以下优点：
1）盖板本体的封接面（即上表面）无需整面镀金，大大降低了生产成本；
2）AuSn合金焊料环熔化后无氧化、形状可控，特别适用于小尺寸预熔盖板的形状控制；
3）不使用助焊剂无需进行助焊剂清洗；
4）AuSn合金焊料环与盖板本体上的盖板正面Au环结合牢固；
5）AuSn合金焊料环熔化后形成凸起弧形，合金熔封时有助于焊缝中气孔的排出，减少孔隙率，提升密封装强度及密封可靠性；
6）易于实现、效率高，不需额外的设备，节约成本。
附图说明
图1是盖板半成品的结构示意图。
图2是AuSn合金焊料环的结构示意图。
图3是盖板成品的结构示意图。
图4是陶瓷管壳的结构示意图。
图5是陶瓷管壳熔封盖板成品的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种AuSn熔封工艺方法，该方法包括以下步骤：
S1、取盖板半成品1（如图1所示）与AuSn合金焊料环2（如图2所示），盖板半成品1包括材质为可伐合金的盖板本体1.1、位于盖板本体1.1侧面的盖板侧面Au层1.2、位于盖板本体1.1上表面的盖板正面Au环1.3、位于盖板正面Au环1.3内侧的盖板本体1.1上表面的盖板正面Ni层1.4、位于盖板本体1.1下表面的盖板背面Au环1.5以及位于盖板背面Au环1.5内侧的盖板本体1.1下表面的盖板背面Ni层1.6，盖板正面Au环1.3与AuSn合金焊料环2的尺寸配合，所述AuSn合金焊料环2中，Au的含量为76wt%、Sn的含量为24wt%，备用；
S2、先将AuSn合金焊料环2叠放在盖板半成品1的盖板正面Au环1.3上后放入真空炉中，再对真空炉进行抽真空，将真空炉的真空度控制在10Pa；
S3、真空炉进行加热升温，当温度达到280℃时保温300s，AuSn合金焊料环2熔化后金属液上表面成凸起弧形，使AuSn合金焊料环2与盖板正面Au环1.3焊接在一起，在升温过程中，当温度超过180℃时往真空炉内通入甲酸以清除富锡表面的氧化层从而进一步避免焊料氧化；
S4、保温结束，停止加热，使真空炉自然冷却到40℃以下时，打开真空炉，取出盖板成品3（如图3所示），盖板成品3包括盖板本体1.1、位于盖板本体1.1侧面的盖板侧面Au层1.2、位于盖板本体1.1上表面的盖板正面Au环1.3、位于盖板正面Au环1.3上表面的AuSn合金环2.1、位于盖板正面Au环1.3内侧的盖板本体1.1上表面的盖板正面Ni层1.4、位于盖板本体1.1下表面的盖板背面Au环1.5以及位于盖板背面Au环1.5内侧的盖板本体1.1下表面的盖板背面Ni层1.6；
S5、取待封装的陶瓷管壳4（如图4所示），陶瓷管壳4包括陶瓷管壳基座4.1，陶瓷管壳基座4.1具有芯片固定凹腔，在芯片固定凹腔外侧的陶瓷管壳基座4.1的上表面设有陶瓷管壳基座正面W环4.2，陶瓷管壳基座正面W环4.2的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面W环4.2的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Ni环4.3，陶瓷管壳基座正面Ni环4.3的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面Ni环4.3的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Au环4.4，陶瓷管壳基座正面Au环4.4的上表面为下凹弧形，陶瓷管壳基座正面Au环4.4与所述AuSn合金环2.1的尺寸配合，所取的陶瓷管壳4备用；
S6、先将盖板成品3翻转，使得AuSn合金环2.1朝下，再将盖板成品3覆盖在陶瓷管壳4上，使AuSn合金环2.1紧贴陶瓷管壳基座正面Au环4.4，最后将陶瓷管壳4与盖板成品3一起放入封帽炉中，在氮气氛围下，逐渐升温至310℃并保温5分钟，使AuSn合金环2.1紧贴陶瓷管壳基座正面Au环4.4熔融在一起；
S7、保温结束，使封帽炉自然冷却到40℃以下时，得到陶瓷管壳熔封盖板成品（如图5所示）。
实施例2
一种AuSn熔封工艺方法，该方法包括以下步骤：
S1、取盖板半成品1（如图1所示）与AuSn合金焊料环2（如图2所示），盖板半成品1包括材质为可伐合金的盖板本体1.1、位于盖板本体1.1侧面的盖板侧面Au层1.2、位于盖板本体1.1上表面的盖板正面Au环1.3、位于盖板正面Au环1.3内侧的盖板本体1.1上表面的盖板正面Ni层1.4、位于盖板本体1.1下表面的盖板背面Au环1.5以及位于盖板背面Au环1.5内侧的盖板本体1.1下表面的盖板背面Ni层1.6，盖板正面Au环1.3与AuSn合金焊料环2的尺寸配合，所述AuSn合金焊料环2中，Au的含量为80wt%、Sn的含量为20wt%，备用；
S2、先将AuSn合金焊料环2叠放在盖板半成品1的盖板正面Au环1.3上后放入真空炉中，再对真空炉进行抽真空，将真空炉的真空度控制在0.1Pa；
S3、真空炉进行加热升温，当温度达到320℃时保温180s，AuSn合金焊料环2熔化后金属液上表面成凸起弧形，使AuSn合金焊料环2与盖板正面Au环1.3焊接在一起，在升温过程中，当温度超过180℃时往真空炉内通入甲酸以清除富锡表面的氧化层从而进一步避免焊料氧化；
S4、保温结束，停止加热，使真空炉自然冷却到30℃以下时，打开真空炉，取出盖板成品3（如图3所示），盖板成品3包括盖板本体1.1、位于盖板本体1.1侧面的盖板侧面Au层1.2、位于盖板本体1.1上表面的盖板正面Au环1.3、位于盖板正面Au环1.3上表面的AuSn合金环2.1、位于盖板正面Au环1.3内侧的盖板本体1.1上表面的盖板正面Ni层1.4、位于盖板本体1.1下表面的盖板背面Au环1.5以及位于盖板背面Au环1.5内侧的盖板本体1.1下表面的盖板背面Ni层1.6；
S5、取待封装的陶瓷管壳4（如图4所示），陶瓷管壳4包括陶瓷管壳基座4.1，陶瓷管壳基座4.1具有芯片固定凹腔，在芯片固定凹腔外侧的陶瓷管壳基座4.1的上表面设有陶瓷管壳基座正面W环4.2，陶瓷管壳基座正面W环4.2的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面W环4.2的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Ni环4.3，陶瓷管壳基座正面Ni环4.3的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面Ni环4.3的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Au环4.4，陶瓷管壳基座正面Au环4.4的上表面为下凹弧形，陶瓷管壳基座正面Au环4.4与所述AuSn合金环2.1的尺寸配合，所取的陶瓷管壳4备用；
S6、先将盖板成品3翻转，使得AuSn合金环2.1朝下，再将盖板成品3覆盖在陶瓷管壳4上，使AuSn合金环2.1紧贴陶瓷管壳基座正面Au环4.4，最后将陶瓷管壳4与盖板成品3一起放入封帽炉中，在氮气氛围下，逐渐升温至330℃并保温3分钟，使AuSn合金环2.1紧贴陶瓷管壳基座正面Au环4.4熔融在一起；
S7、保温结束，使封帽炉自然冷却到30℃以下时，得到陶瓷管壳熔封盖板成品（如图5所示）。
实施例3
一种AuSn熔封工艺方法，该方法包括以下步骤：
S1、取盖板半成品1（如图1所示）与AuSn合金焊料环2（如图2所示），盖板半成品1包括材质为可伐合金的盖板本体1.1、位于盖板本体1.1侧面的盖板侧面Au层1.2、位于盖板本体1.1上表面的盖板正面Au环1.3、位于盖板正面Au环1.3内侧的盖板本体1.1上表面的盖板正面Ni层1.4、位于盖板本体1.1下表面的盖板背面Au环1.5以及位于盖板背面Au环1.5内侧的盖板本体1.1下表面的盖板背面Ni层1.6，盖板正面Au环1.3与AuSn合金焊料环2的尺寸配合，所述AuSn合金焊料环2中，Au的含量为82wt%、Sn的含量为18wt%，备用；
S2、先将AuSn合金焊料环2叠放在盖板半成品1的盖板正面Au环1.3上后放入真空炉中，再对真空炉进行抽真空，将真空炉的真空度控制在1.0×10-3Pa；
S3、真空炉进行加热升温，当温度达到360℃时保温5s，AuSn合金焊料环2熔化后金属液上表面成凸起弧形，使AuSn合金焊料环2与盖板正面Au环1.3焊接在一起，在升温过程中，当温度超过180℃时往真空炉内通入甲酸以清除富锡表面的氧化层从而进一步避免焊料氧化；
S4、保温结束，停止加热，使真空炉自然冷却到35℃以下时，打开真空炉，取出盖板成品3（如图3所示），盖板成品3包括盖板本体1.1、位于盖板本体1.1侧面的盖板侧面Au层1.2、位于盖板本体1.1上表面的盖板正面Au环1.3、位于盖板正面Au环1.3上表面的AuSn合金环2.1、位于盖板正面Au环1.3内侧的盖板本体1.1上表面的盖板正面Ni层1.4、位于盖板本体1.1下表面的盖板背面Au环1.5以及位于盖板背面Au环1.5内侧的盖板本体1.1下表面的盖板背面Ni层1.6；
S5、取待封装的陶瓷管壳4（如图4所示），陶瓷管壳4包括陶瓷管壳基座4.1，陶瓷管壳基座4.1具有芯片固定凹腔，在芯片固定凹腔外侧的陶瓷管壳基座4.1的上表面设有陶瓷管壳基座正面W环4.2，陶瓷管壳基座正面W环4.2的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面W环4.2的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Ni环4.3，陶瓷管壳基座正面Ni环4.3的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面Ni环4.3的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Au环4.4，陶瓷管壳基座正面Au环4.4的上表面为下凹弧形，陶瓷管壳基座正面Au环4.4与所述AuSn合金环2.1的尺寸配合，所取的陶瓷管壳4备用；
S6、先将盖板成品3翻转，使得AuSn合金环2.1朝下，再将盖板成品3覆盖在陶瓷管壳4上，使AuSn合金环2.1紧贴陶瓷管壳基座正面Au环4.4，最后将陶瓷管壳4与盖板成品3一起放入回流炉中，在氮气氛围下，逐渐升温至345℃并保温1分钟，使AuSn合金环2.1紧贴陶瓷管壳基座正面Au环4.4熔融在一起；
S7、保温结束，使回流炉自然冷却到35℃以下时，得到陶瓷管壳熔封盖板成品（如图5所示）。
本发明在真空氛围下通过将AuSn合金焊料环2置于正面Au环1.3上进行预熔形成凸型，使得AuSn合金焊料环2与正面Au环1.3结合牢固、可靠性高，AuSn合金焊料环2熔化后无氧化、形状可控，特别适用于小尺寸预熔盖板的形状控制。
本发明使用的盖板半成品1的封接面无需整面镀金，大大降低了生产成本。预熔过程不使用助焊剂无需进行助焊剂清洗，且本发明的方法易于实现、效率高、不需额外的设备。
AuSn合金焊料环2熔化后冷却形成AuSn合金环2.1，AuSn合金环2.1的上表面为上凸弧形。由于陶瓷管壳基座4.1上的陶瓷管壳基座正面W环4.2在固化时会收缩，使得其上表面呈弧形下凹，后期所镀的陶瓷管壳基座正面Ni环4.3、陶瓷管壳基座正面Au环4.4的上表面也呈弧形下凹，合金熔封时有助于焊缝中气孔的排出，减少了孔隙率、提升了密封装强度及密封可靠性。
最后需要说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种AuSn熔封工艺方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
S1、取盖板半成品（1）与AuSn合金焊料环（2），盖板半成品（1）包括盖板本体（1.1）、位于盖板本体（1.1）侧面的盖板侧面Au层（1.2）、位于盖板本体（1.1）上表面的盖板正面Au环（1.3）、位于盖板正面Au环（1.3）内侧的盖板本体（1.1）上表面的盖板正面Ni层（1.4）、位于盖板本体（1.1）下表面的盖板背面Au环（1.5）以及位于盖板背面Au环（1.5）内侧的盖板本体（1.1）下表面的盖板背面Ni层（1.6），盖板正面Au环（1.3）与AuSn合金焊料环（2）的尺寸配合，备用；
S2、先将AuSn合金焊料环（2）叠放在盖板半成品（1）的盖板正面Au环（1.3）上后放入真空炉中，再对真空炉进行抽真空，将真空炉的真空度控制在10Pa-1.0×10-3Pa；
S3、真空炉进行加热升温，当温度达到280-360℃时保温5-300s，AuSn合金焊料环（2）熔化后金属液上表面成凸起弧形，使AuSn合金焊料环（2）与盖板正面Au环（1.3）焊接在一起，在升温过程中，当温度超过180℃时往真空炉内通入甲酸以清除富锡表面的氧化层从而进一步避免焊料氧化；
S4、保温结束，停止加热，使真空炉自然冷却到50℃以下时，打开真空炉，取出盖板成品（3），盖板成品（3）包括盖板本体（1.1）、位于盖板本体（1.1）侧面的盖板侧面Au层（1.2）、位于盖板本体（1.1）上表面的盖板正面Au环（1.3）、位于盖板正面Au环（1.3）上表面的AuSn合金环（2.1）、位于盖板正面Au环（1.3）内侧的盖板本体（1.1）上表面的盖板正面Ni层（1.4）、位于盖板本体（1.1）下表面的盖板背面Au环（1.5）以及位于盖板背面Au环（1.5）内侧的盖板本体（1.1）下表面的盖板背面Ni层（1.6）；
S5、取待封装的陶瓷管壳（4），陶瓷管壳（4）包括陶瓷管壳基座（4.1），陶瓷管壳基座（4.1）具有芯片固定凹腔，在芯片固定凹腔外侧的陶瓷管壳基座（4.1）的上表面设有陶瓷管壳基座正面W环（4.2），陶瓷管壳基座正面W环（4.2）的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面W环（4.2）的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Ni环（4.3），陶瓷管壳基座正面Ni环（4.3）的上表面呈弧形下凹形状，在陶瓷管壳基座正面Ni环（4.3）的侧面以及上表面设有陶瓷管壳基座正面Au环（4.4），陶瓷管壳基座正面Au环（4.4）的上表面为下凹弧形，陶瓷管壳基座正面Au环（4.4）与所述AuSn合金环（2.1）的尺寸配合，所取的陶瓷管壳（4）备用；
S6、先将盖板成品（3）翻转，使得AuSn合金环（2.1）朝下，再将盖板成品（3）覆盖在陶瓷管壳（4）上，使AuSn合金环（2.1）紧贴陶瓷管壳基座正面Au环（4.4），最后将陶瓷管壳（4）与盖板成品（3）一起放入熔封炉中，在氮气氛围下，逐渐升温至310~345℃并保温1~5分钟，使AuSn合金环（2.1）紧贴陶瓷管壳基座正面Au环（4.4）熔融在一起；
S7、保温结束，使熔封炉自然冷却到50℃以下时，得到陶瓷管壳熔封盖板成品。
2.如权利要求1所述的AuSn熔封工艺方法，其特征是：所述AuSn合金焊料环（2）中，Au的含量为76-82wt%、Sn的含量为18-24wt%。
3.如权利要求1所述的AuSn熔封工艺方法，其特征是：所述盖板本体（1.1）的材质为可伐合金。
4.如权利要求1所述的AuSn熔封工艺方法，其特征是：所述熔封炉为封帽炉或回流炉。
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