摘要：4J42合金電子封裝外殼進(jìn)行Nd：YAG脈沖激光焊接密封時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生焊接裂紋。研究了激光輸出功率和脈沖波形、殼體鍍涂等工藝因素對(duì)焊接裂紋產(chǎn)生的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，激光輸出功率和脈沖波形、殼體鍍涂工藝因素對(duì)焊接裂紋的產(chǎn)生有重要影響。通過(guò)降低激光輸出功率，采用組合脈沖波形和電鍍的方法來(lái)控制焊接裂紋的產(chǎn)生，4J42合金封裝外殼的密封成品率得到有效提高。

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關(guān)鍵詞：4J42合金；封裝；Nd：YAG脈沖激光焊；焊接裂紋

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1序言

4J42合金是適用于電器元件與硬玻璃、軟玻璃、陶瓷匹配封接的玻璃封接合金，制備成電子封裝外殼，進(jìn)行鍍涂后采用平行縫焊的方法密封很成熟，成品率高達(dá)99％以上。對(duì)于大型復(fù)雜多芯片組件封裝(其示意圖如圖1所示)，蓋板外形尺寸較大，為了保證強(qiáng)度，蓋板的厚度也相應(yīng)較厚(一般0．4mm以上)，這時(shí)4J42合金封裝外殼一般采用Nd：YAG脈沖激光焊進(jìn)行封蓋。經(jīng)過(guò)小批量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，4J42合金大型復(fù)雜多芯片組件的激光封蓋會(huì)出現(xiàn)焊接裂紋，造成密封泄漏。大型復(fù)雜微波多芯片組件的功能多，技術(shù)復(fù)雜，芯片、電路基板和氣密封裝的價(jià)值高，其可靠性要求又高，密封要求達(dá)到氣密，因此必需解決激光焊接產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題，提高氣密封裝成品率。

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本文通過(guò)工藝試驗(yàn)，研究了激光輸出功率和脈沖波形、殼體鍍涂等工藝因素與激光焊接裂紋產(chǎn)生的相互關(guān)系，然后優(yōu)化工藝，有效控制了焊接裂紋的產(chǎn)生，4J42合金封裝外殼的密封成品率得到很大提高。

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2試驗(yàn)材料及方法

2．1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)的多芯片組件殼體圍框和蓋板所用的4J42合金的CTE為4—6(10—6／O℃)，軟態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為570N／mm2，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

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2.2試驗(yàn)方法

激光密封焊的焊接接頭采用搭接方式，示意圖見(jiàn)圖l。蓋板搭接的厚度為0．5mm，凸臺(tái)式結(jié)構(gòu)，總厚度為1mm，示意圖見(jiàn)圖2；殼體圍框壁厚1mm，外形尺寸為80mmX15mmX10mm(長(zhǎng)×寬×高)。封裝過(guò)程為：4J42合金殼體圍框、4J42合金蓋板和Al／SiC復(fù)合材料熱沉底板都進(jìn)行鍍Au；接著熱沉、其它I／O連接器與殼體圍框采用80Au20Sn焊料(熔點(diǎn)280℃)進(jìn)行釬焊密封；然后對(duì)釬焊焊縫進(jìn)行密封檢漏和返修補(bǔ)漏，使封裝殼體不泄漏；最后采用激光焊進(jìn)行蓋板密封，并進(jìn)行密封檢漏和顯微鏡下焊接裂紋的檢查。

激光封蓋的焊接設(shè)備為德國(guó)TRUMPF公司的HL506P型Nd：YAG脈沖激光焊機(jī)。依據(jù)GJB548A一96方法1014A密封試驗(yàn)程序，使用日本ULVAC公司的HELIOT700型氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行細(xì)檢漏，北京中科科美的FJ一2型氟油檢漏儀進(jìn)行粗檢漏，來(lái)判斷密封性是否達(dá)到氣密性要求。通過(guò)江南光電廠的JS28型顯微鏡(最大放大倍數(shù)為300)觀察焊縫，主要檢查密封泄漏處是否存在焊接裂紋。

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3.?試驗(yàn)結(jié)果及分析

3．1激光輸出功率和脈沖波形對(duì)焊接裂紋產(chǎn)生的影響

從抑制焊接裂紋的角度出發(fā)，應(yīng)該降低激光輸出功率，減小焊接接頭的熱輸入，因?yàn)楹缚p熔池過(guò)熱容易促使熱裂紋的形成。原來(lái)試驗(yàn)的激光輸出功率為100W左右，適當(dāng)降低功率到82W。另外改變激光焊接脈沖波形，由原矩形波改成組合波形，其示意圖如圖3所示。

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組合波形由三段組成：預(yù)熱段、焊接段和退火段，相比矩形波快速升溫和快速降溫的加熱方式，組合波形可降低焊接熱應(yīng)力的產(chǎn)生，有利于抑制焊接裂紋的產(chǎn)生。分組對(duì)比試制了4O個(gè)工件(殼體圍框和蓋板沒(méi)有鍍涂)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表中可以看出，減小激光輸出功率和采用組合脈沖波形能有利于降低4J42合金大型復(fù)雜多芯片組件激光焊接裂紋的產(chǎn)生概率，密封成品率得到明顯改善。裂紋情況如圖4所示。

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3．2殼體鍍涂對(duì)焊接裂紋產(chǎn)生的影響

殼體圍框和蓋板采用了兩種鍍涂方案：第一種為先化學(xué)鍍鎳后電鍍金；第二種為先電鍍鎳后電鍍金，對(duì)比試驗(yàn)了這兩種鍍涂方案對(duì)焊接裂紋產(chǎn)生的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用先化學(xué)鍍鎳(其中含磷的質(zhì)量百分比為1％～15％)的方案比采用先電鍍鎳的方案的激光焊接裂紋產(chǎn)生的傾向要大很多。表3為化學(xué)鍍鎳和電鍍鎳的試驗(yàn)件的激光封焊對(duì)比工藝試驗(yàn)結(jié)果(激光輸出功率為82w，采用組合激光脈沖波形)。從表中可以看出，化學(xué)鍍鎳的試驗(yàn)件基本都出現(xiàn)了激光焊接裂紋，裂紋情況如圖5所示；而采用先電鍍鎳后電鍍金以及激光工藝參數(shù)優(yōu)化過(guò)的試驗(yàn)件沒(méi)有產(chǎn)生激光焊接裂紋。分析原因?yàn)椋汉附舆^(guò)程中，磷與4J42合金中的鐵和鎳形成硬而脆的低熔點(diǎn)共晶磷化鐵和磷化鎳，分布于晶界上，削弱了晶粒間的結(jié)合力，焊縫金屬冷卻凝固過(guò)程中易形成焊接裂紋。因此，4J42合金殼體圍框和蓋板采用先電鍍鎳后電鍍金的鍍涂方案。

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4結(jié)論

采用Nd：YAG脈沖激光焊進(jìn)行4J42合金大型復(fù)雜多芯片組件密封封蓋時(shí)，通過(guò)降低激光輸出功率，采用組合脈沖波形和電鍍的方法能有效控制激光焊接裂紋的產(chǎn)生，組件密封成品率得到很大提高。