SMT平行封焊原理是怎樣的

1 SMT平行封焊原理及工藝過程

1．1 平行封焊原理

平行封焊屬于電阻焊，在封焊時，電極在移動的同時轉(zhuǎn)動（通過電極輪），在一定的壓力下電極之間斷續(xù)通電，由于電極與蓋板及蓋板與焊框之間存在接觸電阻，根據(jù)能量公式（Q=I2Rt），焊接電流將在這2個接觸電阻處產(chǎn)生焦耳熱量，使其蓋板與焊框之間局部形成熔融狀態(tài)，凝固后形成焊點，從它的封焊軌跡看像一條封，所以也稱為“縫焊”。

封裝形式有方形封、圓形封和陣列封。對方形管殼而言，當(dāng)管殼前進(jìn)通過電極完成其兩邊的焊接后，工作臺自動旋轉(zhuǎn)90°，繼續(xù)前進(jìn)通過電極，再焊兩條對邊，這樣就形成了管殼的整個封裝；而對圓形管殼來說，只需工作臺旋轉(zhuǎn)180°即可完成整個管殼的封裝。

1．2 平行封焊工藝過程

（1）預(yù)操作

器件表面的氧化物、污垢、油和其它雜質(zhì)增大了接觸電阻，影響各個焊點加熱的不均勻性，使焊接質(zhì)量波動，因此徹底清潔器件表面是保證優(yōu)質(zhì)焊接的必要條件。

封焊之前，要對待封器件進(jìn)行加熱和抽真空等預(yù)操作，從而降低器件腔內(nèi)的濕度和氧氣含量，使芯片不受外界因素的影響而損壞并對芯片起到保護(hù)作用。

（2）焊接操作

焊接模式分為方形焊和圓形焊2種。方形焊模式是先經(jīng)過點焊然后再進(jìn)行兩對邊的封焊完成焊接，主要是針對方形管殼；圓形焊模式是旋轉(zhuǎn)180°完成焊接，主要是針對圓形管殼，但由于采用圓形焊模式電極與管殼接觸比較穩(wěn)定，也被用在長寬比例不大的方形管殼焊接。焊接流程見圖2。

在封正品之前，必須先對管座進(jìn)行試封，在確保機(jī)器性能比較穩(wěn)定，各個封焊工藝參數(shù)都比較匹配的情況下，再對正品進(jìn)行封焊，使其封焊成品率盡可能達(dá)到最高。

（3）檢漏

通常我們把溫度設(shè)為25℃，在高壓一側(cè)為1個大氣壓（101．33 kPa）、低壓一側(cè)壓力不大于0．013 kPa時，單位時間內(nèi)從高壓一側(cè)流過細(xì)微漏孔進(jìn)入封裝結(jié)構(gòu)的腔體中的干燥空氣量，稱為標(biāo)準(zhǔn)漏氣速率，其表示單位用Pa·cm3／s或Pa·m3／s。檢漏包括細(xì)檢和粗檢，通常要求泄漏率低于1×10-8Pa·m3／s。

① 細(xì)檢。采用以氦氣為示蹤氣體的氦質(zhì)譜儀，借助質(zhì)譜的分析方法，通過測定真空系統(tǒng)中氦氣分壓強(qiáng)的變化來檢查封裝結(jié)構(gòu)的細(xì)微漏孔。測試時首先向封焊好的器件內(nèi)壓入氦氣，然后在真空狀態(tài)下抽出氦氣，測定所抽出氦氣的量來判定氣密性。

②粗檢。采用碳氟化合物液體進(jìn)行檢測，測試時在盛放高溫（125℃±5℃）碳氟化合物液體的容器內(nèi)放入封焊好的器件（30～60 s），根據(jù)氣泡的有無來判定氣密性。此方法只能檢查是否有孔、穴等漏洞。

檢測時應(yīng)該先做細(xì)檢再做粗檢，因為如果有比較大的漏洞，先做粗檢會使氦氣無法保持在管殼內(nèi)。

2 平行封焊工藝參數(shù)

封焊工藝參數(shù)主要包括，焊接電流（電壓、功率）、焊接速度、焊接壓力等。

2．1 焊接電流

焊接電流是由焊接電源決定的，焊接電源主要有單相交流式、電容儲能式、晶體管式和逆變式4種，由于逆變焊接電源體積小、重量輕、節(jié)能省材，而且控制性能好，動態(tài)響應(yīng)快，易于實現(xiàn)焊接過程的實時控制，是焊接電源的發(fā)展方向。

根據(jù)能量公式可知，形成焊點所需的熱量與焊接電流的平方成正比。若電流太小，則不能形成熔焊點，影響氣密性；若電流太大，管殼受到的熱沖擊太大則可能會把蓋板燒壞。

為了減小方形管殼角部焊接能量，電流波形宜采用斜率控制方式，具體實現(xiàn)如圖3所示；為了使采用圓形焊方式焊方形管殼時保持焊接能量的一致性，電流波形宜采用功率調(diào)制控制方式，具體實現(xiàn)如圖4所示。

2．2 焊接速度

焊接速度太小，焊接總時間延長，焊接熱量大，管殼溫升高，且焊封軌跡不平整，有小的凹痕。焊接速度過大，焊封不連續(xù)，有可能漏氣。

2．3 焊接壓力

壓力的改變，會改變接觸電阻，由能量公式可知，焊點強(qiáng)度隨著焊接壓力的增大而減小，解決的辦法是在增大壓力的同時，增大焊接電流。

2．4 其它

除了以上工藝參數(shù)以外，影響平行封焊的因素還有夾具的設(shè)計、電極的位置、蓋板質(zhì)量和蓋板與管殼的匹配等，另外封焊設(shè)備本身的可靠性也是影響封焊質(zhì)量的因素之一。

夾具的中心最好與轉(zhuǎn)臺中心一致，夾具夾牢管殼，否則焊接過程中電極可能會把管殼粘起來；左、右電極位置保持在同一高度和同一水平線上且盡量對稱；電極滾輪要定期打磨和更換，否則會影響焊接均勻性；蓋板尺寸不能太大或太小，而且拐角最好有倒角，因為方形管殼的焊接電極與蓋板角接觸兩次，焊接熱量會影響焊接效果；采用階梯形蓋板，焊接時錯位的可能性會大大減小。

沒有絕對的工藝參數(shù)，只有優(yōu)化工藝參數(shù)，才能提高焊接質(zhì)量。在封焊完器件后，對封裝過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)，有待封裝技術(shù)的進(jìn)一步提高。

結(jié)論

工藝和設(shè)備是緊密聯(lián)系的整體，設(shè)備開發(fā)是為了滿足工藝要求，而只有深入研究工藝，進(jìn)而改進(jìn)設(shè)備，設(shè)備開發(fā)才能更貼近用戶的需要，才更具有市場競爭力。

責(zé)任編輯：Ct