电子器件间互联与封装工艺技术分析

时间：2024-05-20

陈小兵

江门市新会成人中专学校，广东江门 529100

当前信息时代，人们在应用电子元件对设备进行控制时不再只是简单的将之组装在一起对设备进行控制。而是通过与机械设备的传动控制设备连接在一起，通过形成一个能够完成某项具体工作的控制系统的方式实现对应的连接和操作。这时，各个电子器件之间的电气连接成为了影响电子设备高可靠性工作的重要因素。作为一项涉及知识面广、综合性强、技术性能高的核心技术，其在生产过程中得到了广泛的应用。与此同时，为了保证电子器件能够长时间稳定工作，对连接之后的电子器件进行气密封装也尤为重要。因此，完美互联之后的气密封装是保证规模化电气器件设备稳定工作的根本。

1 电子器件间互联技术的基本内容与作用

1.1 电子器件间互联技术的基本内容

电子器件的互联技术主要包括互联材料、元器件、互联工艺、联接方式以及互联系统等几部分构成，其中各项技术为电子器件之间的可靠联接提供了丰富的技术保障。例如，电气器件中的插装、贴装元件；元件基板、印刷电路板等。如何将电气器件合理的装设在母板之上就需要对应的互联技术、互联工艺等。同时，如元器件里有插装和贴装元件；基板分为元件基板和印刷电路板、互联母板等，如何把元器件装到基板上，就需要利用相对应的互联技术，将之安装、焊接在电路板上。在联接的过程中，还需要考虑环境温度、机械强度以及加工工艺等相关因素。

1.2 电子器件互联技术的作用

1）电子器件的互联技术使得元器件朝着精细化方向发展

随着电子器件制造工艺以及互联工艺技术的不断发展，使得电子元器件可以插装于线路板上，从而改变了传统的将微型器件直接粘贴于基板表面的方式。同时，基板还可以是双面、多层电路，使得电子元件朝着小型化、集成化、高性能化的方向发展。例如，使用的铝电解电容、钽电容改片式之后，元件的性能参数、精密程度都得到了明显提升。同时，通过电子器件互联技术，有效的减少了分立元件的安装，使得虚焊、脱焊等故障问题明显减少，提高了元器件的使用寿命和使用性能。

2）电子器件互联技术有效提高了制造业水平

随着高集成微型电子器件的大量使用，超薄型智能计算机、LED 液晶面板以及制造业中的机电设备等都得到了迅速的应用。其内部采用的精密互联技术使得电子器件的制造工艺更加高速、精密。尤其是在当前电子设备组装化、集成化、IC 成扁平化、引脚阵列化以及芯片叠层化的发展，使得对应的制造业水平得到了明显提高。

2 电子器件互联组装工艺系统(SMT)

在电子器件的互联组装过程中，采用的工艺系统主要包括全表面组装、表面组装以及插装混合组装等三种形式。其通过整合光、机、电技术，形成了一个可以与计算机控制技术相互配合的综合体系。随着组装技术自动化程度的不断提高、精度不断提高，电气器件的互联组装成本也对应得到提高。且对设备的使用环境提出了更高的要求，其维护与使用成本增加等缺点也不断暴露出来。因此，在电子器件的设备过程中，要对各项因素进行综合考虑，选择一个合理的元件进行匹配，同时对参与工艺设计、制造等工作的人员提出了更高的要求。

在生产的过程中，可以将SMT 组装系统氛围单面、双面组装两种形式。通常使用的双面组装系统的各条单面SMA 组装系统还可以用于双面SMA 组装工艺，在配备焊膏自动印刷机、自动点胶机等设备之后能够满足不同工艺需求的电子器件组装工作。在计算机构成的控制系统控制之下，对数据进行检测，通过反馈调节的方式对伺服控制系统进行及时矫正，使得整个系统实现自动化。

3 提高电子器件封装工艺水平的相关技术

3.1 陶瓷尺寸精度、平整度控制

对于外壳为陶瓷的互联电子器件，其采用的陶瓷封装外壳通常是由多种不同材料的零件装配、组合以及焊接而成的。因此，在封装过程中对零件的尺寸公差等严格控制，通常其误差要求控制在“微米级”之内。在采用将陶瓷外壳与金属零件焊接而成的方式时，陶瓷自身的尺寸精度以及平整度等都对焊接质量以及焊接之后的气密性有直接影响。由于陶瓷外壳的质量对设备的电子元器件的可靠性有直接影响，因此其加工过程中对外壳的工艺提出了严格的要求。

根据本人在校企合作中长期的生产实践，对影响陶瓷烧结收缩尺寸精度的因素进行总结，主要包括如下几个方面：

图1 影响陶瓷烧结收缩尺寸相关因素

通常而言，普通陶瓷在正常烧结时发生的尺寸收缩率在±1%左右，而这么高的尺寸误差难以满足设备的后期使用要求。在烧结过程中，由于使用了推板式的烧结炉进行陶瓷烧结，烧结温度会随着进炉量的不同而略有波动，所以在烧结过程中对烧结温度、配热等进行控制是控制烧结收缩率的一个关键工艺技术。在调节过程中，可以采用配热瓷对产品进炉后的温度进行微小调节，同时应该对进炉数量进行严格控制，以对烧结收缩率进行良好控制。通常而言，通过适当的调节和控制，调节精度可以达到±0.2mm，能够满足后期对陶瓷的尺寸要求。

对自由收缩的陶瓷层而言，由于其内部不会产生应力，只会出现致密化收缩现象。但是当采用双层共烧技术时，任何一层的变形都会由于发生受约束变形而导致内部应力的产生。在该内部应力的作用下，采用叠层复合材料制成的封装材料必然会通过发送开裂、弯曲等方式来释放内部应力，对封装结构造成破坏。

3.2 金属化强度

对于高可靠性要求的陶瓷金属外壳，要求陶瓷与金属器件之间具有较高的结合强度，通过提高其密封强度、气密性强度的方式来提高元器件的封装可靠性。而金属化强度将直接影响到电子元器件的封装与气密性。因此，作为影响电子元器件封装失效性的主要因素，根据封装强度的大小来确定金属化强度是否达到要求显得尤为必要。

部分学者在研究的过程中，认为影响金属化强度的重要因素——金属化粘结激励是存在于玻璃相的迁移，而不是化学反应。而所谓的玻璃相迁移，其本质是一种毛细流动，在迁移过程中以液态玻璃相的表面张力作为动力。为了使得氧化铝陶瓷中的毛细管能够通过玻璃相迁移进入到金属化层毛细管中，并且形成稳固的金属化层，则必须确保金属化层的毛细引力大于毛细引力。

与此同时，通过对金属化浆料中的溶剂成分进行控制，通过添加适当的添加剂可以达到是陶瓷与金属良好结合、浸润的目的，从保证其在烧结之前就可以与生瓷通过相互渗透形成对应稳定的结合面。由于该界面只存在于陶瓷与金属化的结合处，而没有逐步向陶瓷体内部的纵深方向发展，所以对上、下层之间的绝缘电阻没有影响，只是对烧结过程中结合的强度有所提高，从而提高了电子元器件的密封强度。通过以上工艺操作，使得封装之后的元器件金属化强度达到1.086 kg，基本能够满足对应的强度要求。

3.3 平行封焊技术的应用

在金属元器件的焊接过程中，高质量的封焊技术是电子元器件得以焊接良好的根本。当前，平行封焊技术是电子元器件封装过程中广泛采用的一种焊接技术。在焊接的过程中，实际上就是将电能转化为热能的过程。在焊接过程中通过控制电源的能量释放，将热量均匀的释放于封装盖板、基座的边缘，将两者熔接于一处。当前，平行焊接技术广泛应用于光电器件、石英晶体以及集成电路的焊接中，且封装的大部分器件为方形。图2 是利用平行封焊焊接的电子元器件：

图2 平行封焊件

在焊接过程中，主要通过对焊接温度、封焊压力、焊接电源等进行控制达到保证焊接质量的目的。

1）降低焊接温度

由于电子器件对温度的波动较为敏感，稍大的温度变化都将影响其工作性能。因此，为了避免在焊接过程中由于焊接热量向封装的内部敏感器件、电路等传导，影响内部电子器件的正常使用，一般采用为材料增加镀层的方式来降低焊接材料的熔点，减少热量的扩散。封焊过程中，对于平行封焊一般是采用镀镍、镀金或者是镍合金，将之均匀的。例如，当电镀镍合金之后，焊接熔点将降至880℃，而电镀镍时，焊接熔点为995℃。

2）封焊压力的控制

封焊压力对焊接质量的控制有重要影响，当封焊压力过大时，焊接面之间的接触电阻将减小，接触面之间消耗的热量越多；当焊接压力较小时，焊接面间的接触电阻降低，所消耗的热量自然也降低。所以，为了保证能量得以稳定的传输，确保其最佳的封焊效果，则必须保证焊接过程中电极的稳定焊接压力，从而确保接触电阻值恒定，封焊质量最佳。通常而言，在焊接过程中压力控制系统一般采用闭环控制系统，系统通过实时监控气缸入口的压力反馈值来调整监控压力，使得输出的压力处于一个合理范围内稳定变化。

3）焊接电源的选择

当前最先进的电子器件焊接电源为高频逆变电源，其具有实时反馈、动态响应快扥特点，对能量脉冲可以实现精确控制。在平行封焊过程中，可以采用美国Miyachi Unitek 生产的HF25焊接电源，能达到焊接点致密、精度高的焊接质量。图3 为封焊电源能量输出图。

图3 封焊电源能量输出图