[發明專利]一種高硅鋁合金激光氣密焊接方法

有效

• 申請號: 201610659242.0
• 申請日: 2016-08-12
• 公開（公告）號: CN106181038B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 季興橋
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所
• 主分類號: B23K26/242
• 分類號: B23K26/242;B23K103/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 錢成岑,徐靜

技術領域

本發明涉及微電子封裝領域，尤其是一種高硅鋁合金激光氣密焊接方法。

背景技術

微系統對小型化、輕量化、高功率密度、高集成度和高可靠性等方面的技術要求越來越高，采用傳統的封裝材料如Cu、Al、Ti、Kovar、W/Cu等金屬制作的封裝殼體在熱膨脹系數匹配、輕量化和氣密焊接等方面已無法滿足需求。硅鋁合金由于重量輕、熱導率高可適用于TR組件、微波功率組件等微波組件的封裝腔體制造。高硅鋁(Si≥40％)合金具有熱膨脹系數低、熱傳導性能良好、密度低、導電性好、合理的強度和剛度、電鍍性能好、加工性能好、加工周期短，可激光焊接等優越性能，在電子封裝領域有很大的應用潛力。由于硅鋁是在Al中參入40％以上的硅，因此合金材料內部存在大量脆性的塊狀Si相，材料延展性和機械強度比鋁合金都要差，激光焊接過程中硅相易發生破碎，產生裂紋缺陷，AlSi合金材料塑性較差，裂紋極易擴展，形成貫穿性裂紋，造成氣密封裝不合格。因此，高AlSi合金激光封裝對焊接參數和工藝控制要求非常高。

禹勝林等人在《AlSi電子封裝材料粉末冶金法致密性研究》，田沖等人在《噴射沉積硅鋁電子封裝材料的組織與性能》，趙為上在《Si-Al合金電子封裝材料性能及顯微組織研究》，余琨等人在《電子封裝材料過共晶硅-鋁合金的組織特征和熱性能》(英文)等文獻中主要闡述了高硅鋁合金材料的制作方法，未涉及到盒體的激光密封焊接。周明智等人在《高硅鋁合金殼體激光封焊缺陷及機制分析》，朱小軍、秦超在《基于高硅Si-Al復合材料的微波組件氣密封裝》，郝新鋒等人在《電子封裝用硅鋁合金的應用研究》等文獻中提到了高硅鋁合金激光密封焊接盒體開裂機理和原因，但未給出詳細的高硅鋁合金激光焊接全套解決方案和工藝參數。朱小軍等人在《4J42合金外殼氣密封裝的脈沖激光焊》，戴景杰在《鋁合金激光焊接工藝特性研究》，李娜等人在《常用封裝材料的激光封焊工藝研究》等文獻中主要闡述了柯伐和鋁合金的激光密封焊接，跟本專利的高硅鋁合金激光密封焊接，在材料上面有較大的差別，焊接工藝參數也完全不一樣。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種高硅鋁合金激光氣密焊接方法，根據高硅鋁材料特性，采用多溫度梯度焊接，通過限定設置盒體硅含量Psi、蓋板材料硅含量Gsi、焊接氣密性M、焊接波形數量k之間的關系，以及焊斑的重疊率ρ是與激光脈沖頻率f、工件與激光束相對移動速度v以及光斑直徑d的關系來對焊接過程進行嚴格控制，降低了高硅鋁合金激光焊接開裂風險，重點解決了高硅鋁激光密封焊接成品率低的難題。

本發明采用的技術方案如下：

一種高硅鋁合金激光氣密焊接方法包括：

步驟1：設置盒體硅含量Psi、蓋板材料硅含量Gsi、焊接氣密性M、焊接波形數量k之間滿足公式1，其中焊接氣密性M正比于激光波形數量k；

步驟2：盒體與蓋板之間焊縫是由焊斑重疊，焊斑的重疊率ρ是與激光脈沖頻率f、工件與激光束相對移動速度v以及光斑直徑d來決定的，其關系可由下公式2表征：

v＝d(1－ρ/100)f

步驟3：結合步驟1、2，完成完成盒體與蓋板焊接；

進一步的，所述硅含量為40％～70％的硅鋁合金作為盒體，硅含量為15％～30％的硅鋁合金作為蓋板材料。

進一步的，所述激光輸出波形包括依次預熱階段、焊接階段以及冷卻階段，當硅含量為k/10時，設置k個激光波形數量；激光波形幅度在預熱階段設置為最高幅值的45％-55％；激光波形幅度在焊接階段設置為最高幅值的100％-90％；激光波形幅度在冷卻階段設置為最高幅值的75％-25％；。

進一步的，所述盒體與蓋板之間配合焊縫為0.05～0.15mm，高硅鋁激光密封焊接重疊率75～85％，硅鋁激光焊接速度v在100～250mm/min時，完成焊接。

進一步的，所述焊接速度100～250mm/min、焊接頻率10～30Hz、激光器產生激光波的離焦量為-1～+1mm。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：