4J42合金壳体气密封装的脉冲激光焊接

4J42合金是具有恒定膨胀的铁镍合金，其热量膨胀系数(CTE)和硬玻璃、软玻璃、陶瓷匹配，并可通过玻璃-金属封接工艺实现气密包装外壳；用常用的氧化铝、氧化铍、LTCC、AlN电路基板CTE闭合；磁能总和出色的电气性能；良好的机加工、电镀和焊接性能；与4J29合金相比，它不含昂贵的Co金属，有很好的成本优势，所以变成微电子。金属包装外壳的常用材料之一。金属密封件常用的密封方法有:热板或链条炉焊接、平行缝焊、储能焊接和脉冲激光焊接。而不是与其封接方法相比，脉冲激光焊接工艺具有能量。密度高，热影响区小，无机械接触应力，容易可以通过打开盖子进行修理，并以1毫米的厚度进行焊接上图)更大的盖板等优点。本文选用了Nd: YAG4J42合金壳体激光焊接密封方法进行了封接焊接试验，对焊接速度、试件表面处理状态等工艺因素由于壳体密封性能的影响，成功实现了4J42合金外壳的密封包装。

试验材料
用于壳体和盖板的4J42合金的试验CTE4 ~ 6 (10-6/o C)，柔软状态下的抗拉强度为570牛顿/毫米2其化学成分见表1。

检测方法
焊接接头搭接，示意图如图1所示。盖板的厚度为0。5mm，带凸台结构，总
厚度1mm，示意图见图2；壁厚1毫米，外部尺寸为14mm×28mm。JS28显微镜(最放大倍数大的是300)观察焊缝，判断焊缝形状是否美观，是否有气孔、裂纹等焊接不充分的情况；J-2氟油检漏仪进行粗检判断密封是否达标；金相试样的制备及焊缝截面分析。

激光输出功率对气密性的影响
所选激光焦点尺寸为0。3mm，及散焦量是-0.5mm，光斑中心线与盖板周边重合，焊接速度为350毫米/分钟。图3是激光器的输出功率。当P为35w时，试样的焊缝轮廓如图4所示。p是从图中可以看出，试样在100w时的焊接轮廓当p小时，它不能提供足够的焊接热量，盖板和壳体不会熔合形成密封接头；当p达到1时当设定该值时，盖板和外壳的金属可以相互融合，形成良好的密封焊接。

因此，要实现4J42合金外壳气密封装，激光输出功率必须充足足够大，使得由单个脉冲形成的焊点具有一定的熔深，即保证内壳金属熔化参与焊缝熔化水池的形成。当P达到160w时，它产生更高的飞溅，分析是激光输出功率过大，造成熔池中的大量金属蒸发，蒸汽压力很大。该力导致熔池金属飞溅。微电子产品的包装为获得美观的外观质量，应适当调整激光参数合适的工艺窗口以避免飞溅。

焊接速度对密封性能的影响
将激光输出功率设置为100w，并设置激光焦点大小为0的。3毫米，散焦为-0。5mm，换焊接进行速度分组焊接试验，检测氦气泄漏率统计密封产量，每组15个样品，测试结果见表2。

从表2可以看出，焊接速度影响气密封装当激光输出功率不保持时，产量有很大的影响变化时，焊接速度增加，密封成品率降低潜力。原因是随着焊接速度的提高，焊接线能量(激光输出功率与焊接速度之比)当它降低时，焊接熔池的温度会降低，然后焊缝的深度会更深。因此，焊接后，焊缝的空间几何结构是致密的，达不到密封试件气密性指标的要求数量增加了。为了提高包装效率，我们应该尽可能提高焊接速度，但要保证高密度封产，可以适当增加激光输出功率。

试样表面处理状态对气密性的影响
焊接前，在壳体和盖板的焊接位置使用丙酮。清洁并去除油脂和其他污染物。在金属包装外壳常见的涂装方案是:镍涂层作为底涂层；涂层表面为可焊金涂层、纯锡涂层或合金镀层(如锡铅、锡铋、锡铈等。)图5显示了作为基础涂层的化学镀镍涂层的焊缝明显产生裂纹，气密性不达标。经过分析表明，化学镀液中使用了次磷酸钠。原剂，可与镍共沉积形成镍磷合金镀层，其中磷的质量百分含量为1% ~ 15%。焊接在此过程中，磷与4J42合金中的铁和镍形成硬度和易碎的低熔点分布在晶界上的点状共晶磷化铁和磷化镍被切割颗粒间的结合力减弱。激光焊接后焊接金属在凝固过程中，这种弱晶界是由收缩引起的。在拉应力的作用下，它开裂，形成焊皱纹。可以用氨基磺酸镀镍溶液电镀得到纯镍打底可以有效避免焊缝开裂康。

图 6为电镀金层作为表面镀层的激光焊接焊缝外观。 从图中可以看出， 焊缝成型美观， 没有裂纹、 气孔等欠缺的发生， 气密性满足要求， 说明电镀金层对密封性能没有影响。 图 7 为电镀锡铋镀层作为表面镀层的激光焊接焊缝外观。 焊缝中心出现了气孔， 分析原因： 锡铋为低熔点合金， 熔点 230℃左右， 而激光焊接 4J42 合金的温度高达 1400℃以上， 在焊接过程中产生蒸发汽化， 形成了焊缝气孔。 因此， 电镀锡铋镀层不适于采用激光焊密封方法进行气密封装的金属外壳的表面镀层处理方案。

结论
采用Nd: YAG脉冲激光焊接4J42合金密封件。安装外壳，控制激光输出功率，焊接速度，影响密封性能的工艺参数，如样品的表面处理状态号，可以成功实现外壳的气密包装。