一种应用于二次平行封焊的工艺方法.pdf

第4 6卷 第2期压 电 与 声 光V o l.4 6 N o.22 0 2 4年4月P I E Z O E L E C T R I C S&A C OU S T OO P T I C SA p r.2 0 2 4 收稿日期:2 0 2 3-1 1-0 6 作者简介:吉垚(1 9 9 7-),男,云南省人,硕士。文章编号:1 0 0 4-2 4 7 4(2 0 2 4)0 2-0 2 8 0-0 5D O I:1 0.1 1 9 7 7/j.i s s n.1 0 0 4-2 4 7 4.2 0 2 4.0 2.0 2 5一种应用于二次平行封焊的工艺方法吉 垚,廖 雯,何玮洁,唐坤龙,王传瑶(中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 4 0 0 0 6 0)摘 要:实现二次平行封焊并达到气密性标准是气密性产品返修的关键。该文介绍了一种应用于二次平行封焊的工艺方法,通过对平行封焊后的气密性元器件进行激光开盖,在控制多余物产生后,利用机加工铣平壳体围框表面进行二次平行封焊。测试并分析了气密性元器件系统集成封装(S I P)模块二次平行封焊后的检漏。结果表明,细检漏率1.0 11 0-8 P am3/s,粗检漏无连续气泡产生,气密性满足电子与电器元件试验方法(G J B 3 6 0 B-2 0 0 9)要求。根据该文介绍的工艺方法可为多余物可控的气密性元器件实现二次平行封焊提供一种有效的解决方案。关键词:气密性封盖;平行封焊;返修;检漏中图分类号:T G 4 4;TN 3 0 5.9 4 文献标识码:AP r o c e s s M e t h o d f o r S e c o n d a r y P a r a l l e l S e a l W e l d i n gJ I Y a o,L I A O W e n,H E W e i j i e,T A N G K u n l o n g,WA N G C h u a n y a o(T h e 2 6 t h I n s t i t u t e o f C h i n a E l e c t r o n i c s T e c h n o l o g y G r o u p C o r p o r a t i o n,C h o n g q i n g 4 0 0 0 6 0,C h i n a)A b s t r a c t:A c h i e v i n g s e c o n d a r y p a r a l l e l s e a l i n g a n d m e e t i n g a i r t i g h t n e s s s t a n d a r d s h a v e b e c o m e k e y t o r e p a i r i n g a i r t i g h t p r o d u c t s.T o s o l v e t h i s i s s u e,t h i s p a p e r i n t r o d u c e s a p r o c e s s m e t h o d a p p l i e d t o s e c o n d a r y p a r a l l e l s e a l w e l d i n g.B y l a s e r u n c a p p i n g t h e h e r m e t i c a l l y s e a l e d c o m p o n e n t s a f t e r p a r a l l e l s e a l w e l d i n g a n d c o n t r o l l i n g t h e g e n e r-a t i o n o f w a s t e m a t e r i a l,t h e s u r f a c e o f t h e s h e l l e n c l o s u r e i s m i l l e d f l a t u s i n g m a c h i n i n g.F i n a l l y,t h e s e c o n d a r y p a r-a l l e l s e a l i s w e l d e d.T h e a i r t i g h t-c o m p o n e n t s y s t e m i n t e g r a t i o n p a c k a g i n g(S I P)m o d u l e i s t e s t e d a n d a n a l y z e d t o d e t e c t l e a k s a f t e r t h e s e c o n d a r y p a r a l l e l s e a l w e l d i n g.T h e l e a k a g e r a t e o f l e s s t h a n 1.0 11 0-8 P am3/s f o r t h e f i n e-l e a k a g e d e t e c t i o n m e e t s t h e r e q u i r e m e n t s o f e l e c t r o n i c a n d e l e c t r i c a l c o m p o n e n t t e s t m e t h o d s(G J B.3 6 0 B-2 0 0 9).T h e r e i s n o c o n t i n u o u s b u b b l e g e n e r a t i o n f o r r o u g h l e a k a g e d e t e c t i o n.T h e r e f o r e,t h e p r o c e s s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r c a n p r o v i d e a n e f f e c t i v e s o l u t i o n f o r s e c o n d a r y p a r a l l e l s e a l i n g a i r t i g h t c o m p o n e n t s w i t h c o n t r o l l a b l e w a s t e m a t e r i a l.K e y w o r d s:h e r m e t i c a l l y s e a l e d c l o s u r e;p a r a l l e l s e a l w e l d i n g;r e p a i r;l e a k a g e d e t e c t i o n0 引言气密性封盖技术可提升模块的抗恶劣环境、抗辐照,避免外部、外界有害气氛侵袭等能力,保证其内部电路及元器件在工作时的性能和可靠性,已成为集成电路封装方法的关键技术1-2。平行封焊技术具有技术成熟,可靠性高,密封性能优越等优点,是常用的气密性封盖技术之一3-4。然而平行封焊的产品返修难,开盖易损坏产品围框,开盖过程中多余物产生不可控,且重新封盖后也面临检漏不达标等问题,这增大了产品的交付成本5-6。传统平行封焊产品返修开盖工艺主要是通过开盖机开盖和手磨开盖(纯人工开盖)。开盖机容易和产品壳体发生刀具干涉,应用范围有限,而手磨开盖耗时长,效率低,且可控性差。为了降低平行封焊产品的交付成本,本文介绍了一种应用于二次平行封焊的工艺方法,在多余物可控的情况下,为该类产品返修提供一种效率高、一致性高及应用范围较广的技术方案。该方法利用高能量激光切割实现非接触式开盖工艺。本文通过激光打标机提供高能量激光束对产品进行切割开盖,多余物控制后利用机加工铣平产品壳体围框表面,最后重新进行平行封焊。采用陶瓷封装一第2期吉 垚等:一种应用于二次平行封焊的工艺方法体化制作的产品进行该工艺验证实验,其内部具有多芯片互连、集成度高、小型化等特点,生产成本较高。该产品特有的多模块化内腔独立设计,易实现多余物控制。根据本文介绍的工艺方法实现了该产品的二次平行封焊,测试并分析了重新封焊后产品的检漏结果,达到G J B 3 6 0 B-2 0 0 9检漏标准。1 平行封焊原理及工艺过程平行封焊本质上是一种电阻焊。如图1(a)所示,在一定压力下,逆变电源给对电极之间持续通脉冲电流I,电极与盖板接触位置因高电阻值R产生大量的热量Q,即:Q=I2R t(1)式中t为工作时间。通过热量Q使盖板与围框之间局部形成熔融状态,凝固后形成焊点7。通过移动电极形成“缝”式焊接轨迹,实现产品的气密性封盖,如图1(b)所示。图1 平行封焊工作原理图平行封焊分为方形焊和圆形焊两种,本文测试产品主要采用方形焊。平行封焊的常见工艺流程如图2所示。首先利用超声清洗机(酒精和丙酮混合液体)清洗待封焊盖板,去除盖板表面的氧化物、杂质等。然后在真空条件下进行预处理,主要使腔体内水汽和氧气含量符合标准要求,以达到保护内部芯片的目的。再进行封焊操作。最后进行细检和粗检的检漏处理。图2 平行封焊一般工艺流程示意图本文检漏标准主要是基于G J B 3 6 0 B-2 0 0 9中方法1 1 2程序I I I a的细检要求和试验条件D(检漏液为碳氟化合物,温度为(1 2 55)的粗检要求。细检是通过将示踪气体(氦)通过漏孔压入实验样品内腔,检验气体的漏泄,其条件如表1所示。粗检是气泡检漏,通过将检漏产品置于碳氟化合物液体中(产品最上部分浸入液体深度不小于5 0 mm),液体温度保持在(1 2 55),在2 0 s内观察产品是否有连续气泡冒出。表1 细检程序I I I a的检漏要求细检产品内腔体积V/c m3加压条件压力/(1 05 P a)时间/h拒收漏率/(P ac m3s-1)0.4 c m3。根据表1中细检程序I I I a的检漏要求,对S I P模块进行细检漏。利用歌博科技的氦质谱检漏仪(型号:A 5 3 0)进行产品细检,细检漏率1.0 11 0-2 P ac m3/s,满足G J B 3 6 0 B-2 0 0 9的 细 检 要 求。除 细 检 外,根 据G J B 3 6 0 B-2 0 0 9中方法1 1 2试验条件D的粗检要求,利用歌博科技的氟油检漏仪进行产品粗检。如图1 0(b)所示,S I P模块放置于1 2 5 氟油液体中,其上表面置于液体深度大于5 0 mm处,重新封焊,焊缝处无连续气泡产生,满足G J B 3 6 0 B-2 0 0 9粗检要求。实验证明,根据本文工艺方法可为多余物可控的平行封焊产品返修提供一种可行的技术方案,降低该类产品的交付成本。返修会损伤原有壳体围框,故本文工艺只适用于第一次开盖返修。图1 0 S I P模块二次封焊效果及检漏示意图4 结束语针对平行封焊产品返修难问题,本文提出了一382压 电 与 声 光2 0 2 4年种应用于二次平行封焊的工艺方法。首先进行了返修工艺设计,明确了预处理工艺设计及机加工工步设计方法。为了证明该工艺方法的可行性,本文通过对多余物可控的实验产品S I P模块激光开盖后重新进行平行封焊,实验得到一组适用于该实验产品的激光打标机参数,以及铣平壳体所对应的机加工工步。其封焊后检漏结果满足G J B 3 6 0 B-2 0 0 9要求。实验表明,根据本文提出的工艺方法可为多余物可控的平行封焊产品返修提供一种可选的技术方案,降低该类产品的交付成本。但本文实验所用为测试产品,未进一步进行产品调试。因此,依照相同的技术原理,在确保不损伤产品性能的条件下,还需进一步优化工艺步骤,提高开盖效率,以应用于正式产品返修。参考文献:1 张潇,王亚东,李富国,等.微系统封装平行缝焊技术研究J.科技创新与生产力,2 0 2 1(5):7 1-7 3.2 皋利利,包晓云,顾网平,等.微电子模块气密性封焊技术发展及应用J.电焊机,2 0 1 6,4 6(7):1 0 5-1 0 8.3 A I Z AWA T,MA T S U Z AWA K.C o m p a r i s o n b e t w e e n s i m p l e s e a m w e l d i n g a n d a d j a c e n t p a r a l l e l s e a m w e l d-i n g b y m a g n e t i c p u l s e s h e e t-w e l d i n g m e t h o dJ.M a t e-r i a l s S c i e n c e F o r u m,2 0 1 8,9 1 0:1 9-2 4.4 王洋,夏伟.器件大尺寸金属壳体平行缝焊失效分析J.电子技术,2 0 2 3,5 2(3):2 3 8-2 3 9.5 张怡,唐勇刚,王天石,等.L T C C基板与高硅铝合金大面积焊接工艺参数优化J.压电与声光,2 0 2 2,4 4(4):6 1 9-6 2 4.Z HAN G Y i,TAN G Y o n g g a n g,WAN G T i a n s h i,e t a l.O p t i m i z a t i o n o f p r o c e s s p r a r a m e t e r s f o r l a r g e a r e a w e l d i n g b e t w e e n L T C C s u s t r a t e a n d h i g h s i l l i c o n a l u-m i n u m a l l o yJ.P i e z o e l e c t r i c s&A c o u s t o o p 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