影响平行缝焊效果的各工艺参数的分析
郭建波 孙寅虎 苏新越
（天水七四九电子有限公司）
摘要：
平行缝焊是对集成电路管壳进行气密性封装的一种手段，这是一种低热应力、高可靠性的气密封装。平行缝焊最佳效果是管壳回流区域连续无孔隙，且管壳温度又不过高。文章主要以如何能够使平行缝焊效果达到最佳为主体，从平行缝焊的工作原理出发，对平行缝焊过程的主要工艺参数进行分析，并叙述了每个参数的变化对平行缝焊热量的影响以及各工艺参数间如何相互配合，才能获得平行缝焊最佳效果。最后，通过具体事例来说明怎样设置各参数才能获得最佳效果。因此，在平行缝焊过程中一定要注重缝焊参数的选择，保证获得最佳缝焊效果。
1 引言
平行缝焊是对集成电路管壳进行气密性封装的一种手段，这是一种低热应力、高可靠性的气密封装，要想获得高质量的缝焊效果，平行缝焊各工艺参数间的相互配合是必不可少的。下面从平行缝焊工艺参数入手，根据实际的操作经验，谈一谈如何获得平行缝焊最佳效果。
2 平行缝焊最佳效果的描述
平行缝焊是借助于平行缝焊系统，通过两个圆锥形电极与盖板接触，给电流提供了一个闭合的回路。当两电极沿着金属盖板边缘滚动时，两电极间经过一系列短的高频功率脉冲信号，在电极与盖板接触点处产生极高的局部热量，使盖板熔化、回流，从而形成一个完整、连续的缝焊区域。高质量的缝焊效果是指回流区域连续无孔隙，且管壳温度又不过高。因此要达到这样的效果，有一点是非常重要的，那就是缝焊管壳时输入的总能量最少，既能够使金属熔化，又不会使管壳过热。过热会引起金属颗粒膨胀，导致微裂或缝隙。金属一定要在短时间内熔化、回流，而这个时间一定要小于热量传输到壳体的时间，这样才不会使壳体本身过热。
3 影响缝焊热量的工艺参数
平行缝焊过程是一个能量守恒的过程，我们设定电流是一系列均匀的脉冲信号，并且有一个稳定的缝焊速度，那么缝焊热量可以用公式（1）表示：
Energy =[Avg·power]×t= V 2 rms /R c ×[PW/PRT]×t （1）
式（1）中V为经过电极的电压；R c 为两电极与盖板的接触电阻；PW为脉冲宽度，单位ms；PRT为脉冲重复时间，单位ms，是指连续的脉冲上升沿之间的时间间隔。
影响平行缝焊热量的有以下几个参数：缝焊功率、脉冲宽度、重复时间、电极压力、焊接速度等。改变这几个参数中的任何一项都会影响缝焊过程中所产生的热量，根据公式（1）具体分析如下：
平行缝焊的焊接信号是一系列的脉冲串，每个脉冲串包含一个或多个脉冲，脉冲宽度决定着每个脉冲串的大小，重复时间决定着每隔多少时间脉冲重复一次。注意：对同一种管壳来说，一旦脉冲宽度和重复时间设置好了，那么通常就要保持不变，如果两者的比值有一点小小的变化，那么就会对实际传输到管壳上的焊接功率有很大的影响。缝焊功率决定着脉冲串幅度的大小，而缝焊功率、脉冲宽度、重复时间三者的配合可以准确地控制传输到管壳盖板上的有效功率的大小。电极压力是指缝焊过程中电极加到盖板上的压力，电极压力直接影响到电极对盖板的接触电阻，电极压力越大，接触电阻就越小。缝焊速度是指缝焊过程中管壳在电极下面的移动速度，缝焊速度对缝焊热量也有一定的影响，移动速度越快，所需热量就越多。
能量 = 功率 × 时间 （2）
当速度很快时，时间就较短，这样功率就必须增加。但能量公式并非完全线性，所以各参数之间一定要相互配合，才能获得最佳焊接效果并降低壳体温度。
4 工艺参数间的最佳组合
缝焊过程中的能量控制可用图1、图2、图3 表示。图1 中缝焊功率是由一系列的1kHz 的功率信号的调整来决定的。图 2 中保持低的有效功率可以使器件冷却，不过热；而高的峰值功率可以保证完好的回流。图 3 中脉冲参数的正确选择可以完成一个连续的缝焊，同时又会有很少的热量传递到器件上。
图1、图2 未表明焊接过程中的缝焊速度，但速度可以通过图 3 的重叠回流区域显示，每个环形的回流区域都代表一个系列的功率脉冲串产生的热量。影响平行缝焊热量的工艺参数在能量守恒的缝焊过程中都会有所变化，但变化的结果都需要能产生如图3 所示的一系列重叠回流区域，同时又要保持管壳温度不过高。
由图1、图2 可以看出，加热是在PW 时间内由电极到盖板表面消耗的功率完成的（图 1），冷却是在（PRT-PW）时间间隔内完成的。通过运用1kHz的脉冲信号和程序可控的工作循环，平行缝焊系统可使金属很快回流，而又不超过管壳的加热时间常数，这样在焊接过程中就可保持集成电路冷却。在一系列“∩”形1kHz的功率脉冲串中，每个PRT周期中都有一个 PW 的脉冲提供焊接输入功率，从而产生了图 3 的重叠效果。
因此，为了减少管壳的热量，在脉冲周期内脉冲一定要短，但是脉冲也必须提供足够的功率来熔化盖板，只有慎重地选择焊接参数，才可以达到这样的效果。下面两种方案会产生相似的焊接效果，但其中最明显的区别就是传输到管壳的有效功率不同。
因此，优化脉冲参数的选择可以使传输到管壳的热量最少，方案1 与方案2 比较，必然是方案1 缝焊的管壳温度低，缝焊效果好。
5 结论
综上所述，要想获得高质量的缝焊效果，缝焊参数间的相互配合是必不可少的。我们在生产过程中一定要注重缝焊参数的选择，保证缝焊成品率。
