玻璃金屬封裝的作用及其意義

1、玻璃金屬封裝的作用及其意義玻璃金屬封裝的作用及其意義時間:2010年06月28日來源:書籍作者:huatian瀏覽次數:376有人說外殼是元器件的軀干與四肢，亦有人說外殼與芯片是唇與齒、皮與肉的關系?？傊?，人們的共識是：外殼不僅是封裝芯片的外衣，對其起有支撐(電連接、熱傳導、機械保護等)作用，同時亦是元器件的組成部分。外殼質量的好壞與元器件的質量與可靠性密切相關。眾所周知，氣密性既是外殼亦是元器件的重要指標之一，氣密性不好會使外界水汽、

2、有害離子或氣體進入元器件的腔體內而產生表面漏電，“結“發(fā)生變化、參數變壞等失效模式(據報導，由于腔體內濕氣含量大而導致元器件失效的比例為總失效率的26％以上)。在GJB548A的方法1014A密封中，對未封蓋外殼的氣密性作了試驗條件A4的規(guī)定，其失效判據：若無其它規(guī)定，如果“測量的漏率“Rl超過1103Pacm3／s(氦)時，則器件(外殼)應視為失效。本文僅就玻璃與金屬的封接機理及原材料、工藝方面與氣密性相關因素談談個人看法，供有關人員

3、了解、參考。1玻璃與金屬的封接機理玻璃與金屬的封接機理從金屬外殼的外形、幾何尺寸、引線(腳)數以及引出形式，其中零件可謂五花八門、成千上萬種，但按其封接應力(熔封形式)而言，主要是匹配封接和失配封接，究其封接機理將涉及到二個方面的問題：1.1玻璃與金屬的潤濕(浸潤)問題1.1.1潤濕問題潤濕問題這里所謂的潤濕問題則是指玻璃與金屬的結合力問題，要想達到玻璃與金屬的良好密封，就必須使兩者有良好的潤濕性。玻璃與金屬的潤濕同液體對固體表面潤濕的

4、道理樣，即如水滴與物體接觸時常出現的兩種狀況一種是水滴在荷葉上呈圓球形，其潤濕角θ接近180℃這種潤濕顯然是不好的；另一種是水滴落在木板上呈扁平形，其θ角近似于0，這便是很好的潤濕。1.1.2氧化物結合學說氧化物結合學說這種學說認為：玻璃是由多種氧化物所組成，在封接的過程中，金屬表面的氧化物能熔入玻璃內，從而成為玻璃成分的一部分，由此獲得良好地密封。但該學說未能對高價氧化物能存在于玻璃成分中，并不能與玻璃做到很好的封接作出解釋，而電力結

5、合學說則從金屬氧化物屬于離鍵晶體結構的觀點出發(fā)對其作了相應的解釋。1.1.3電力結合學說電力結合學說這種學說認為：金屬表面形成低價氧化物時，金屬內層價電子并不參加化合作用，而形成高價氧化物時，金屬內層價電子將參加化合作用。因此，金屬氧化物的離子半徑大小是隨金屬化合價的高低而不同。在高價氧化物時，由于金屬離子半徑小，被氧離子緊密包圍，使金屬離子不能與玻璃中的正負離子很好地結合。當形成低價氧化物時，由于金屬離子和周圍的氧離子之間形成較大空隙

6、，其電力線可以延伸出來，與玻璃中的正負離子獲得最大的結合力和最小的排斥力，從而得到滿意的封接。a潤濕角與金屬化合價間關系b.金屬表面形成高價氧化物時與玻璃的電力線結合關系圖c.金屬表面形成低價氧化物時與玻璃的電力線結合關系；d.金屬表面沒有被氧化時與玻璃電力線結合關系。由以上的分析告訴我們，在金屬表面形成低價氧化層才能獲得玻璃與金屬的良好潤濕效果。1.2膨脹系數問題膨脹系數問題這里所謂的膨脹系數問題則是指在熔封過程中[主要是室溫至應變點

7、(Tg)溫度范圍內]玻璃與金屬的膨脹系數應盡可能達到一致，原則上兩者膨脹系數之差“Δα“應不大于10％，這時，便可獲得最小的封接應力(既無害應力)，從而獲得良好的密封效果。鑒于玻璃能承受較大的壓應力，因此，在設計外殼和選擇材料時，往往希望外層金屬的膨脹系數略高于中間玻璃，中間玻璃的膨脹系數略高于中心金屬(引出線、管)即遵循α外金≥α中中多以氧化層的顏色判斷，如規(guī)定為蘭色斗蘭黑色(微還原或中性氣氛是前提條件)。④推薦預氧化規(guī)范：800℃1

8、0min(空氣或濕N2中)。2.2.3封接溫度封接溫度封接溫度、時間、氣氛俗稱封接中的三要素，三者相輔相成，絕不可孤立對待。一般對封接氣氛采用中性氮氣，亦有采用N2H2(微量)的微還原氣氛(筆者認為，若有4個9干燥N：氣氛為宜)。在固定氣氛前提下，溫度與時間對封接而言，溫度又是主導方面。溫度高點，時間可短點；溫度低點，時間則可長點；可根據產品結構，裝配方式、幾何尺寸而定，總之，要保證獲得符合要求的良好封接外觀。但溫度的高低亦是有限度的，

9、一般以無封接外觀廢品為準，例如：①溫度過低，玻璃的粘度大，則流動性差，往往會產生漏洞、鼓坯、不平、不光滑的外觀(當封接外形達到要求時則就不屬溫度偏低了)，同時亦會因溫度低、潤濕性差而產生封接強度低，可能導致產品漏氣；②溫度過高，玻璃的流動性好，易產生流玻(撲玻)、玻點(珠)同時亦會因溫度過高使玻璃、金屬中釋放出氣體，而產生封接(串狀)氣泡，導致封接強度差，封接件漏氣；③推薦封接溫度范圍：970℃~1020℃，對于摻Cr2O3或進行某種改

10、性的鉬組玻璃，亦可對溫度作以適當調整；④封接后封接界面亦應有顏色控制，有報導要求呈灰色，如若呈銀白色則為氧化不足，如呈黑色則為氧化過重(多為封接時間過長或返燒產品L可采取解剖法觀察玻璃與金屬的粘附情況。2.2.4電鍍電鍍①功率型、大腔體外殼僅適于掛鍍；②底板鍍層硬度、厚度不宜過大，否則會影響封蓋質量；③底板鍍層金屬盡可能熔點低一些，過高會影響封蓋質量，對底座的引線局部鍍金應加以研究。3.對分析漏氣的幾點思路對分析漏氣的幾點思路應針對外殼

11、漏氣的失效模式、不同情況作不同的分析，粗略提出幾點分析：3.1.1多品種普遍產生漏氣多品種普遍產生漏氣①應檢查原材料的使用及原材料的質量；②查工藝規(guī)范，重點工序(熔封)是否發(fā)生了變化。3.1.2單一品種較大比例漏氣單一品種較大比例漏氣①若未經鑒定的新產品則應查結構設計及工藝的合理性；②加工零件的一致性如何。(預氧化、玻坯、金屬件尺寸及裝配效果、零件外觀質量)。3.1.3環(huán)境試驗后漏氣環(huán)境試驗后漏氣①工藝不合理，內應力大；②玻璃強度不好；

12、③玻璃熱穩(wěn)定性差。3.1.4封蓋后漏氣封蓋后漏氣①底座封接質量不好；②座、蓋配合尺寸不好；③座、蓋硬度大；④座鍍層過厚、熔點偏高；⑤封蓋模具問題(結構尺寸及粗糙度)；⑥封蓋規(guī)范控制不合理。對于嚴重漏氣問題，一則應根據不同失效模式，有針對性地查找原因，做相應工藝試驗，同時亦應借助科學的手段對失效樣品進行解剖分析：如金相法檢查金屬晶粒度、氧化層的厚度；用電子衍射測定氧化層的組織成分；用探針記錄玻璃與金屬的熔封界面狀況等，將有助于原因的分析。