1 封裝工藝流程






2 關鍵工序
2.1 真空共晶焊
共晶是指在相對較低的溫度下共晶焊料發生共晶物熔合的現象,共晶合金直接從固態變到液態,而不經過塑性階段。其熔化溫度稱共晶溫度。表1 為共晶焊接與導電銀膠粘結工藝對比。

真空共晶主要是利用真空共晶爐有效控制爐內氣氛,通過預熱,排氣,真空,加溫,降溫,進氣等過程,設置出響應的溫度,氣體控制曲線,從而實現共晶的全過程。具有多個優點
1) 排除了大氣中的氧氣,有效控制了工作氣氛,因此能夠有效避免空洞和氧化物的產生。
2) 整個共晶過程可以通過參數曲線控制。
3) 一次完成多個產品的共晶焊接。
4) 多芯片共晶焊接,多芯片共晶時出現芯片材料不同,共晶焊料不同,因此共晶溫度不同的情況。這時需要采用階梯共晶的方法。一般先對溫度高的共晶焊料共晶,再共晶溫度低的。
共晶爐控制系統可以設定多條溫度曲線,每條溫度曲線可以設定多個溫度階段,在溫度曲線運行過程中可增加充氣,抽真空,排氣等工藝步驟
2.2 吸氣劑
吸氣劑主要使用鋯釩鐵吸氣劑,鋯基吸氣劑對眾多氣體分子都有良好的反應性,比如H2,CO,CO2,N2和Nx 等,反應后形成的氧化物,碳化物和氮化物基本上不再具備反應活性。
吸氣劑吸附反應主要有兩個過程,
1) 當氣體碰撞固體表面時,通過范德華力作用被吸附在吸氣劑表面
2) 表面吸附的氣體分子迅速向吸氣劑內部滲透,進入吸氣劑金屬及晶格間,這部分主要是靠化學吸收。

圖1 吸氣劑產品圖
2.3平行縫焊(碰焊)(Seam sealing)
平行封焊(碰焊)屬于電阻焊。在平行封焊時,電極在移動的同時轉動(通過電極輪),在一定壓力下電極之間斷續通電,由于電極與蓋板及蓋板與焊框之間存在接觸電阻,根據公式

焊接電流將在這2個接觸電阻處產生焦耳熱量,使其蓋板與焊框之間局部形成熔融狀態,凝固后形成焊點,從它的封焊軌跡看像一條縫,所以也稱“縫焊”
封裝形式有方形,圓形和陣列,對方形管殼而言,當管殼前進通過點擊完成其兩變的焊接后,工作臺自動旋轉90度,繼續前進通過電極,再焊兩條對邊,這樣就形成了管殼的整個封裝,對于圓形管殼來說,只要工作臺旋轉180度,即可完成整個管殼的封裝。

圖2 平行封焊示意圖
2.4真空排氣
真空排氣就是將金屬管殼內部的氣體進行抽真空排出,目的是為了使探測器的真空達到設計的需求。也是利用真空獲得設備(真空泵)抽出目標探測器內的氣體的過程。一般而言影響真空度的有兩個方面因素
1)管殼內部氣體與封裝工藝產生的氣體
管殼內部本身腔體的氣體和封裝燒結,焊接,綁線等產生的揮發氣體。
2)材料表面釋放的氣體
殼體材料釋放的氣體,殼表面吸附的氣體,晶格產生的泄漏。
前期通過抽真空可以使第一部分的氣體抽走,管殼內部達到一定程度的真空度。對于材料泄漏和釋放的氣體,尤其材料內部和表面吸附的H2,需要通過烘培使氫氣析出。
材料的放氣只發生在真空下,放氣速度緩慢,環境溫度越高放氣速率越大(但有最大值,超過最大值,溫度效果下降)材料放氣源源不絕,一直都有氣體釋放,只是隨著時間的推移,放氣越來越小。所以為了使器件內部真空良好,延長真空壽命,必須對探測器進行足夠的時間和溫度的抽真空排氣。然后在排氣過程中激活吸氣劑,這時吸氣劑開始工作,不斷地吸附殼體內部釋放的氣體,使在排氣完成后殼體能維持足夠真空度。