張鳳偉 張慶 寧峰鳴

摘 要：本文主要敘述了金屬封裝外殼在銀銅釬焊過(guò)程中出現(xiàn)焊料過(guò)流淌、可靠性問(wèn)題。借助顯微鏡、塞尺比對(duì)等手段，研究金屬封裝外殼釬焊過(guò)程中出現(xiàn)焊料過(guò)流淌影響產(chǎn)品可靠性的原因和機(jī)理并對(duì)釬焊工藝進(jìn)行優(yōu)化，為金屬封裝外殼焊料過(guò)流淌影響產(chǎn)品可靠性問(wèn)題提供了理論支撐和實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：釬焊工藝;焊料過(guò)流淌;優(yōu)化

1、引言：

電真空器件指借助電子在真空或氣體中與電磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，將一種形式電磁能量轉(zhuǎn)換為另一種形式電磁能量的器件，如微波電子管繼電器、接插件、太陽(yáng)能真空集熱管等[1-4]電真空器件具有大功率、高頻以及低成本的特點(diǎn)，越來(lái)越廣發(fā)應(yīng)用于軍事、商業(yè)以及醫(yī)療系統(tǒng)中2電真空器件制造過(guò)程中存在大量使用銀銅共晶釬料焊接10# 鋼、鎢銅、無(wú)氧銅等金屬材料 Ag72Cu28焊料是 Ag-Cu 共晶合金，熔流點(diǎn)相同沒(méi)有結(jié)晶間隙，且熔點(diǎn)較低漫流性好，工藝容易控制，成本低等優(yōu)點(diǎn)。在電真空器件制造使用量占總焊料量的80%以上。

2?? 試驗(yàn)

2.1???? 試驗(yàn)背景

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，金屬封裝外殼在釬焊過(guò)程中存在焊料流淌距離偏大，后道工序選螺絲對(duì)外殼進(jìn)行定位。底板表面的鍍層破壞銀銅焊料裸露在空氣中。使得空氣中如含氧的水汽、含硫元素的物質(zhì)或氣氛和銀發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)有：4Ag+O2=2Ag2O;2Ag+S=Ag2S由于焊料與鍍層之間電位差的存在，焊料就與鍍層間就形成了一個(gè)個(gè)原電池系統(tǒng)，焊料中 Ag 作為陽(yáng)極被腐蝕。當(dāng)這些成分復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成物通過(guò)孔隙遷移到鍍層表面，就形成宏觀上的“變色”現(xiàn)象。此現(xiàn)象影響產(chǎn)品的外觀并對(duì)可靠性產(chǎn)生一定影響。因此環(huán)框與底板焊接處的焊料流淌距離需控制在0.50mm 以?xún)?nèi)。

2.2???? 原因分析

通過(guò)對(duì)存在焊料流淌的進(jìn)一步研究，焊料流淌主要是受到焊料量、釬焊熱熔、底板表面狀態(tài)、釬焊工藝參數(shù)等因素的影響。

第一，焊料量對(duì)焊料流淌的影響。通過(guò)對(duì)《釬焊手冊(cè)》研究明確，其推薦環(huán)框與底板釬焊焊料厚度為0.05mm。但是，在具體的生產(chǎn)過(guò)程中，則是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了利用，并且焊料量厚度為0.1mm，焊料量相對(duì)較大，致使釬焊后經(jīng)常會(huì)存在底板焊料過(guò)流淌現(xiàn)象。

第二，釬焊熱熔對(duì)焊料流淌的影響。在釬焊工藝中，若熱容存在不均衡的情況，最終就是使得釬焊爐溫度存在波動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致焊接不良，嚴(yán)重的情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)焊料過(guò)流淌。

第三，釬焊工藝參數(shù)對(duì)焊料流淌的影響。依照釬焊理論，如果釬焊溫度相對(duì)較高，則其保溫的時(shí)間也會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，所以焊料非常容易出現(xiàn)流淌問(wèn)題。與之相反，如果釬焊溫度相對(duì)較低，保溫時(shí)間保溫短焊料無(wú)法得到充分的熔化。因而，在本次試驗(yàn)中，主要是對(duì)釬焊窯爐的溫度曲線(xiàn)進(jìn)行分析。

2.3???? 試驗(yàn)原料

金屬封裝外殼結(jié)構(gòu)如下圖1所示。金屬封裝外殼配件、材質(zhì)及其前處理如下表1所示：

2.4???? 試驗(yàn)設(shè)備

擴(kuò)散爐、鏈?zhǔn)骄W(wǎng)帶熔封爐、鏈?zhǔn)骄W(wǎng)帶釬焊爐、軍用電鍍線(xiàn)。

2.5???? 測(cè)試設(shè)備

體式顯微鏡、比對(duì)塞尺。

2.6???? 試驗(yàn)安排

金屬封裝外殼制備通用流程如下圖2所示：

其中，釬焊工藝是一道關(guān)鍵工序，該工序出現(xiàn)焊料過(guò)流淌的問(wèn)題直接關(guān)系到燒結(jié)工序的最終成品率。為此試驗(yàn)將從焊料量、釬焊溫度、釬焊的保溫時(shí)間等展開(kāi)研究，并根據(jù)分析結(jié)果給出最終的生產(chǎn)方案。

a）??? 焊料量

為了獲得填縫密實(shí)的接頭，需要對(duì)焊料的流動(dòng)加以控制。焊料量的多少直接影響焊料流淌的距離。

b）??? 釬焊溫度

確定釬焊溫度的主要依據(jù)是所用焊料的熔點(diǎn)。它應(yīng)適當(dāng)?shù)母哂诤噶系娜埸c(diǎn)，以減小液態(tài)焊料的表面張力，改善潤(rùn)濕和提高填縫能力。釬焊溫度越高，焊料流淌性越好。

c）???? 釬焊保溫時(shí)間

保溫時(shí)間的確定，首先要考慮焊料與被連接材料相互作用的特征。當(dāng)兩者相互作用產(chǎn)生強(qiáng)烈溶解，生成脆性相等不利傾向時(shí)，應(yīng)盡量縮短保溫時(shí)間。保溫時(shí)間越長(zhǎng)釬焊母材會(huì)不斷熔入液態(tài)釬料。焊料表面會(huì)出現(xiàn)“熔蝕”現(xiàn)象[5]。

d）熱容

在對(duì)熱容進(jìn)行確定的過(guò)程中，試驗(yàn)件使用的焊料的厚度均為0.05mm。

3、試驗(yàn)結(jié)果與討論

焊料量。針對(duì)這一因素，其會(huì)隨著焊料厚度的不斷減少，焊料流淌距離呈現(xiàn)出了減少的趨勢(shì)。并且，通過(guò)對(duì)上述試驗(yàn)的進(jìn)一步研究和分析得知，焊料流淌的數(shù)據(jù)表明0.05mm 焊料厚度最佳。此外，依照結(jié)果，焊料量是影響焊料流淌的關(guān)鍵因素。具體結(jié)果如圖3所示。

a）? 保溫時(shí)間。根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著保溫時(shí)間的不斷減小，對(duì)于焊料流淌寬度而言，其也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)減小的情況。具體如圖4所示。

c）熱容。通過(guò)對(duì)圖5的進(jìn)一步研究可以明確，隨著熱容的不斷增加，焊料流淌的平均寬度由1009微米降至720μm，不能達(dá)到客戶(hù)小于0.5mm 的要求。同時(shí)，熱熔是雖然是影響焊料流淌的因素之一，但不是關(guān)鍵因素。 圖5熱容影響因素結(jié)果分析

綜上所述可知、焊料流淌距離控制在多少微米不僅焊接效果最佳且焊接質(zhì)量最佳。

4、結(jié)論

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論：

1、熱熔是雖然是影響焊料流淌的因素之一，但不是關(guān)鍵因素。

2、焊料厚度控制在0.05mm，焊料接頭質(zhì)量最佳且焊料流淌性最好。

3、控制焊料流淌。最優(yōu)的焊接工藝焊焊接保溫時(shí)間3min、釬焊溫度805℃

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