電子器件間互聯與封裝工藝技術分析

陳小兵

江門市新會成人中專學校， 廣東江門 529100

當前信息時代，人們在應用電子元件對設備進行控制時不再只是簡單的將之組裝在一起對設備進行控制。而是通過與機械設備的傳動控制設備連接在一起，通過形成一個能夠完成某項具體工作的控制系統的方式實現對應的連接和操作。這時，各個電子器件之間的電氣連接成為了影響電子設備高可靠性工作的重要因素。作為一項涉及知識面廣、綜合性強、技術性能高的核心技術，其在生產過程中得到了廣泛的應用。與此同時，為了保證電子器件能夠長時間穩定工作，對連接之后的電子器件進行氣密封裝也尤為重要。因此，完美互聯之后的氣密封裝是保證規模化電氣器件設備穩定工作的根本。

1 電子器件間互聯技術的基本內容與作用

1.1 電子器件間互聯技術的基本內容

電子器件的互聯技術主要包括互聯材料、元器件、互聯工藝、聯接方式以及互聯系統等幾部分構成，其中各項技術為電子器件之間的可靠聯接提供了豐富的技術保障。例如，電氣器件中的插裝、貼裝元件；元件基板、印刷電路板等。如何將電氣器件合理的裝設在母板之上就需要對應的互聯技術、互聯工藝等。同時，如元器件里有插裝和貼裝元件；基板分為元件基板和印刷電路板、互聯母板等，如何把元器件裝到基板上，就需要利用相對應的互聯技術，將之安裝、焊接在電路板上。在聯接的過程中，還需要考慮環境溫度、機械強度以及加工工藝等相關因素。

1.2 電子器件互聯技術的作用

1）電子器件的互聯技術使得元器件朝著精細化方向發展

隨著電子器件制造工藝以及互聯工藝技術的不斷發展，使得電子元器件可以插裝于線路板上，從而改變了傳統的將微型器件直接粘貼于基板表面的方式。同時，基板還可以是雙面、多層電路，使得電子元件朝著小型化、集成化、高性能化的方向發展。例如，使用的鋁電解電容、鉭電容改片式之后，元件的性能參數、精密程度都得到了明顯提升。同時，通過電子器件互聯技術，有效的減少了分立元件的安裝，使得虛焊、脫焊等故障問題明顯減少，提高了元器件的使用壽命和使用性能。

2）電子器件互聯技術有效提高了制造業水平

隨著高集成微型電子器件的大量使用，超薄型智能計算機、LED 液晶面板以及制造業中的機電設備等都得到了迅速的應用。其內部采用的精密互聯技術使得電子器件的制造工藝更加高速、精密。尤其是在當前電子設備組裝化、集成化、IC 成扁平化、引腳陣列化以及芯片疊層化的發展，使得對應的制造業水平得到了明顯提高。

2 電子器件互聯組裝工藝系統(SMT)

在電子器件的互聯組裝過程中，采用的工藝系統主要包括全表面組裝、表面組裝以及插裝混合組裝等三種形式。其通過整合光、機、電技術，形成了一個可以與計算機控制技術相互配合的綜合體系。隨著組裝技術自動化程度的不斷提高、精度不斷提高，電氣器件的互聯組裝成本也對應得到提高。且對設備的使用環境提出了更高的要求，其維護與使用成本增加等缺點也不斷暴露出來。因此，在電子器件的設備過程中，要對各項因素進行綜合考慮，選擇一個合理的元件進行匹配，同時對參與工藝設計、制造等工作的人員提出了更高的要求。

在生產的過程中，可以將SMT 組裝系統氛圍單面、雙面組裝兩種形式。通常使用的雙面組裝系統的各條單面SMA 組裝系統還可以用于雙面SMA 組裝工藝，在配備焊膏自動印刷機、自動點膠機等設備之后能夠滿足不同工藝需求的電子器件組裝工作。在計算機構成的控制系統控制之下，對數據進行檢測，通過反饋調節的方式對伺服控制系統進行及時矯正，使得整個系統實現自動化。

3 提高電子器件封裝工藝水平的相關技術

3.1 陶瓷尺寸精度、平整度控制

對于外殼為陶瓷的互聯電子器件，其采用的陶瓷封裝外殼通常是由多種不同材料的零件裝配、組合以及焊接而成的。因此，在封裝過程中對零件的尺寸公差等嚴格控制，通常其誤差要求控制在“微米級”之內。在采用將陶瓷外殼與金屬零件焊接而成的方式時，陶瓷自身的尺寸精度以及平整度等都對焊接質量以及焊接之后的氣密性有直接影響。由于陶瓷外殼的質量對設備的電子元器件的可靠性有直接影響，因此其加工過程中對外殼的工藝提出了嚴格的要求。

根據本人在校企合作中長期的生產實踐，對影響陶瓷燒結收縮尺寸精度的因素進行總結，主要包括如下幾個方面：

圖1 影響陶瓷燒結收縮尺寸相關因素

通常而言，普通陶瓷在正常燒結時發生的尺寸收縮率在±1%左右，而這么高的尺寸誤差難以滿足設備的后期使用要求。在燒結過程中，由于使用了推板式的燒結爐進行陶瓷燒結，燒結溫度會隨著進爐量的不同而略有波動，所以在燒結過程中對燒結溫度、配熱等進行控制是控制燒結收縮率的一個關鍵工藝技術。在調節過程中，可以采用配熱瓷對產品進爐后的溫度進行微小調節，同時應該對進爐數量進行嚴格控制，以對燒結收縮率進行良好控制。通常而言，通過適當的調節和控制，調節精度可以達到±0.2mm，能夠滿足后期對陶瓷的尺寸要求。

對自由收縮的陶瓷層而言，由于其內部不會產生應力，只會出現致密化收縮現象。但是當采用雙層共燒技術時，任何一層的變形都會由于發生受約束變形而導致內部應力的產生。在該內部應力的作用下，采用疊層復合材料制成的封裝材料必然會通過發送開裂、彎曲等方式來釋放內部應力，對封裝結構造成破壞。

3.2 金屬化強度

對于高可靠性要求的陶瓷金屬外殼，要求陶瓷與金屬器件之間具有較高的結合強度，通過提高其密封強度、氣密性強度的方式來提高元器件的封裝可靠性。而金屬化強度將直接影響到電子元器件的封裝與氣密性。因此，作為影響電子元器件封裝失效性的主要因素，根據封裝強度的大小來確定金屬化強度是否達到要求顯得尤為必要。

部分學者在研究的過程中，認為影響金屬化強度的重要因素——金屬化粘結激勵是存在于玻璃相的遷移，而不是化學反應。而所謂的玻璃相遷移，其本質是一種毛細流動，在遷移過程中以液態玻璃相的表面張力作為動力。為了使得氧化鋁陶瓷中的毛細管能夠通過玻璃相遷移進入到金屬化層毛細管中，并且形成穩固的金屬化層，則必須確保金屬化層的毛細引力大于毛細引力。

與此同時，通過對金屬化漿料中的溶劑成分進行控制，通過添加適當的添加劑可以達到是陶瓷與金屬良好結合、浸潤的目的，從保證其在燒結之前就可以與生瓷通過相互滲透形成對應穩定的結合面。由于該界面只存在于陶瓷與金屬化的結合處，而沒有逐步向陶瓷體內部的縱深方向發展，所以對上、下層之間的絕緣電阻沒有影響，只是對燒結過程中結合的強度有所提高，從而提高了電子元器件的密封強度。通過以上工藝操作，使得封裝之后的元器件金屬化強度達到1.086 kg，基本能夠滿足對應的強度要求。

3.3 平行封焊技術的應用

在金屬元器件的焊接過程中，高質量的封焊技術是電子元器件得以焊接良好的根本。當前，平行封焊技術是電子元器件封裝過程中廣泛采用的一種焊接技術。在焊接的過程中，實際上就是將電能轉化為熱能的過程。在焊接過程中通過控制電源的能量釋放，將熱量均勻的釋放于封裝蓋板、基座的邊緣，將兩者熔接于一處。當前，平行焊接技術廣泛應用于光電器件、石英晶體以及集成電路的焊接中，且封裝的大部分器件為方形。圖2 是利用平行封焊焊接的電子元器件：

圖2 平行封焊件

在焊接過程中，主要通過對焊接溫度、封焊壓力、焊接電源等進行控制達到保證焊接質量的目的。

1）降低焊接溫度

由于電子器件對溫度的波動較為敏感，稍大的溫度變化都將影響其工作性能。因此，為了避免在焊接過程中由于焊接熱量向封裝的內部敏感器件、電路等傳導，影響內部電子器件的正常使用，一般采用為材料增加鍍層的方式來降低焊接材料的熔點，減少熱量的擴散。封焊過程中，對于平行封焊一般是采用鍍鎳、鍍金或者是鎳合金，將之均勻的。例如，當電鍍鎳合金之后，焊接熔點將降至880℃，而電鍍鎳時，焊接熔點為995℃。

2）封焊壓力的控制

封焊壓力對焊接質量的控制有重要影響，當封焊壓力過大時，焊接面之間的接觸電阻將減小，接觸面之間消耗的熱量越多；當焊接壓力較小時，焊接面間的接觸電阻降低，所消耗的熱量自然也降低。所以，為了保證能量得以穩定的傳輸，確保其最佳的封焊效果，則必須保證焊接過程中電極的穩定焊接壓力，從而確保接觸電阻值恒定，封焊質量最佳。通常而言，在焊接過程中壓力控制系統一般采用閉環控制系統，系統通過實時監控氣缸入口的壓力反饋值來調整監控壓力，使得輸出的壓力處于一個合理范圍內穩定變化。

3）焊接電源的選擇

當前最先進的電子器件焊接電源為高頻逆變電源，其具有實時反饋、動態響應快扥特點，對能量脈沖可以實現精確控制。在平行封焊過程中，可以采用美國Miyachi Unitek 生產的HF25焊接電源，能達到焊接點致密、精度高的焊接質量。圖3 為封焊電源能量輸出圖。

圖3 封焊電源能量輸出圖

4 結論

電子元器件間的聯接和封裝是電子元器件生產制造的關鍵環節，在生產過程中應該對影響兩者制造質量的工藝技術進行分析，并通過實時控制的方式提高聯接、封裝質量。

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