光谷星期五沙龙: 湖南凹凸自动化公司王紫然分享平行封焊技术

11/21/2022，光纤在线讯，近些年光器件产品技术迭代发展较快，光模块传输速率也从100G、升级到 200G/400G/800G，对相应的光器件封装也提出了更高的要求，而平行缝焊工艺是光器件封装的关键技术。上周第15期光谷星期五沙龙活动非常荣幸邀请到湖南凹凸自动化技术有限公司总经理王紫然与大家分享了“平行封焊技术”。王总从封焊工艺原理、流程、材料、生产环境等多个方面分析了平行缝焊机的现状与发展。首先王总介绍，平行缝焊设备是光器件、半导体集成电路等元器件生产后道工序封装的关键设备，由于目前行业对光器件在封装上气密性等关键指标的要求越来越高，对封焊的工艺也提出了更高的要求，那么封焊主要的工艺原理包括了哪些？电阻焊就是其中的一种，它的焊接方法分别有：点焊、缝焊、凸焊、对焊。在被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流经过工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之结合。而平行缝焊是基于电阻焊的一种半导体器件封装技术，将位于管壳内部的半导体器件或电路通过盖板密封进行保护。管座一般为可伐金属材料，或带金属焊环的陶瓷，盖板则为可伐金属为主，并均带有镍、金或复合镀层。平行缝焊主要的作用，是将一对滚轮电极将盖板压在管壳上，滚动的同时施加脉冲电流，局部熔融的焊点相互覆盖最终形成完整的密封的焊缝。


           平行缝焊原理

     平行缝焊的工艺流程其实并不是太复杂，它主要包括了：点焊（固定），拖焊（方向1），物料/电极旋转，拖焊（方向2）。不过，平行缝焊的质量影响因素有很多，其中主要包括：材料、电极、放电工艺、封装环境等，王总介绍道。

     在原材料方面，通常行业推荐的金属材料为可伐合金（GB-4J29），这种材料热延展性较好，管座也可以是带金属焊接圈的HTCC或LTCC陶瓷材料，盖板和管座在尺寸上要配合，盖板不能比管座大且四角形状要一致，厚度和焊接边沿宽度要成一定比例。若盖板有台阶，台阶和边沿不能有过大弧度，且台阶不能离焊沿太远。若尺寸外形条件不满足，则在焊接时大概率会出现焊缝不牢固且有空洞，打火损坏器件和电极，或外形破坏较大影响外观和焊缝抗烟雾能力。同样，电极选材和角度也非常关键，要求材料选择综合条件最好是钨铜合金，且角度要求在5°-15°之间，以10°为最常用，在材料尺寸配合良好的前提下，电极倾角越小焊缝越宽，焊缝才会更牢固，但是需要焊接的能量越大，对器件镀层的破坏也更多，需要根据材料、尺寸、厚度来设定焊接参数，需要合理控制焊缝宽度。

     最后，王总说，气密封装对生产环境的要求极高，如果生产环境不好，对器件质量会产生较大的影响，其中主要的因素是被密封在器件内的水汽、氧气。水汽含量高会让器件在低温环境下结露或结霜，形成短路对器件造成破坏，氧气则会对器件材料氧化，与水汽一起在器件通电的情况下还可逐步发生电化学反应降低器件性能或破坏器件。因此微型电子元器件理想的生产环境是充满惰性气体的低水低氧环境。


            平行缝焊机

     随着互联网时代的快速发展，电子产品逐步深入到社会和生活的各个角落，从汽车的电子化、芯片化控制，到智能家居，半导体产业发展的趋势是顺应着科技发展的历史洪流的。半导体元器件的小型化、高性能化、多功能化、低成本化以及对工作环境的要求，会导致气密性封装需求巨增，平行封焊技术已成为光通信器件封装技术的重要手段之一，其在光通信蝶形激光器、光模块制造过程中可有效提升封焊精度和封焊质量。