平行封焊的原理和工艺

1 平行封焊原理及工艺

1.1平行封焊原理

平行封焊属于电阻焊，在封焊时，电极在移动的同时转动（通过电极轮），在一定的压力下电极之间断续通电，由于电极与盖板之间存在接触电阻，根据能量公示Q=I2Rt（Q为能量，I为电流强度，R为接触电阻，t为放电时间），焊接电流将在这两个接触电阻处产生焦耳热量，使其盖板与焊框之间局部形成熔融状态，凝固后形成焊点，从封焊轨迹看像一条缝，所以也称为“缝焊”。封焊形式有方形封、圆形封和阵列封。对方形管壳而言，当管壳前进通过电极完成其两边的焊接后，工作台自动旋转90°，再焊另外两条对边，这样就完成了管壳的整个封装；而对圆形管壳来说，只需工作台旋转180°即可完成整个管壳的封焊。

1.2平行封焊工艺过程

（1）预操作

器件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻，影响各个焊点加热的不均匀性，使焊接质量波动，因此，彻底清洁器件表面是保证优质焊接的必要条件。

另外，封焊之前要对待封器件进行烘烤和抽真空等预操作，从而去除管壳和盖板内部上附着的水汽和氧气，保证封焊后的器件尽量少的释放水汽和氧气，从而确保管壳内芯片长期处在低氧和低水汽的环境中，最终保证管壳内部件长期的稳定性和可靠性。平行封焊系统通常是将封焊主机安装于专用的带有真空烘箱的手套箱内。通过手套箱的真空烘箱对器件进行预处理。此处的样件的预处理是决定器件封焊后水氧含量是否达标的关键。

有经验的平行封焊系统厂家会在此处投入较高的硬件和软件成本，使烘箱的功能更加适合于去除管壳内壁的水汽和氧气。像美国Miyachi公司、美国SSEC公司、烟台华创公司等封焊机厂家均在手套箱真空烘箱的设计上针对管壳的预处理做了深入的研究，在管壳的除水和除氧方面具有较好的性能。

（2）焊接操作

焊接模式分为方形焊和圆形焊两种。方形焊模式是先经过点焊，然后再进行两对边的封焊完成焊接，主要是针对方形管壳；圆形焊模式是旋转180度完成焊接，主要是针对圆形管壳。

在封正品之前，必须先对管座进行试封，在确保机器性能比较稳定，各个封焊工艺参数都比较匹配的情况下，再对正品进行封焊，使其封焊成品率尽可能达到最高。

（3）检漏 通常我们把温度设为25℃，在高压一侧为1个大气压（101.33kPa）、低压一侧压力不大于0.013kPa时，单位时间内从高压一侧流过细微漏孔进入封焊后的腔体中的干燥空气量，称为标准漏气速率，其表示单位用Pa2cm3/s或Pa2/m3/s。检漏包括细检和粗检，通常要求漏率低于1.3x10-9Pa2m3/s。

1）细检。采用以氦气为示踪气体的氦质谱仪，借助质谱仪的分析方法，通过测定真空系统中氦气分压强的变化来检查封装结构的细微漏孔。测试时首选向封焊好的器件内压入氦气，然后再真空状态下抽出氦气，测定所抽出的氦气的量来判定气密性。

2）粗检。采用碳氟化物液体进行检测，测试时在盛放高温（125℃±5℃）碳氟化合物液体的容器内放入压完氦气的封好的器件30秒至60秒，根据气泡的有无来判定气密性。此方法只能检查是否有孔、穴等漏洞。检测时应该先做细检再做粗检，因为如果有比较大的漏洞，先做粗检会使氦气无法保持在管壳内。

2平行封焊工艺参数

封焊工艺参数主要包括，焊接电流（电压、功率）、焊接速度、焊接压力等。

2.1 焊接电流

焊接电流是由焊接电源决定的，焊接电源主要由单相交流电、电容储能式、晶体管式和逆变式四种，由于逆变焊接电源体积小、重量轻、节能省材，而且控制性能好，动态响应快，易于实现焊接过程的实时控制，是焊接电源的发展方向。

随着行业里对焊接质量和成品率的要求的提升，目前主要的平行封焊机厂家均对封焊电源进行了专门的设计。行业里以美国Miyachi公司和美国SSEC公司为代表的封焊机厂家，采用了高频脉冲和高频反馈的封焊电源。可以实时反馈焊接面的状态，从而快速调整封焊电流，实现封焊能量的稳定输出。国内的像烟台华创公司吸收了国外的相关技术，自主研发的封焊电源也达到了国外先进水平。

2.2 焊接速度

焊接速度太小，焊接总时间延长，封焊效率低下，焊接热量大，管壳温升高，且封焊轨迹不平整有小的凹痕。焊接速度过大，焊缝不连续，有可能漏气。

2.3 焊接压力

压力的改变，会改变接触电阻，由能量公式可知，焊点强度随着焊接压力的增大而减小，解决的办法是增大压力的同时，增大焊接电流。焊接压力的增大，也同时可以尽量消除因管壳盖板不平整而导致的接触电阻的差异，降低管壳盖板个体差异造成的焊接不一致。

2.4 封焊电源模式

在实际的封焊过程中，往往因为原材料尺寸公差、表面状况、清洁程度等方面的原因，会导致焊接过程的不稳定，出现频繁打火的情况。焊接打火，会导致封焊产品报废和电极轮的损伤。这都会浪费生产材料，造成生产成本的提升和生产效率的下降。为最大限度避免因原材料问题的影响，一些优秀的封焊机厂家在封焊模式上进行了改进。比如双脉冲模式、4PASS模式、电流脉冲密度可调模式、回滚模式等，能有效降低陶瓷管壳炸裂、盖板翘起、四角过焊或漏气、小盖板黏连等问题的出现几率。这些方面做的比较好的有美国Miyachi公司和烟台华创公司的平行封焊机系统。

2.5 其他

除了以上工艺参数和焊接模式以外，影响平行封焊质量的因素还有夹具的设计、电极的材料、盖板的质量以及盖板与管壳的匹配等，另外封焊设备本身的可靠性也是影响封焊质量的因素之一。

没有绝对的工艺参数，只有不断优化设备的设计和优化工艺参数，才能提高焊接质量。在封焊完器件后，对封焊过程中出现的现象进行适当的总结，从而进一步提升封焊效果。

结论

工艺和设备是紧密联系的整体，设备开发是为了满足工艺要求，而只有深入研究工艺，进而改进设备，设备开发才能更贴近用户的需求，才更具有市场竞争力。

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