文 | 顾远山
编辑 | 顾远山
玻封二极管作为一种根本元器件,具有体积小､重量轻､构造大略和廉价的优点,在当代电子设备中被大量运用｡
其范例构造为杜美丝与玻璃烧结的密封表贴构造,杜美丝表面的Cu2O具有与封接玻璃非常靠近的热膨胀系数,且杜美丝表面Cu2O在高温下向玻璃中扩散可以实现结合强度很好的密封｡
但此类二极管的封装构造也存在玻璃材质较脆的问题,属于对机器应力敏感的元器件,一旦烧结工艺掌握不当,就会在玻璃中引入较大的内应力,在运用中就随意马虎涌现封装开裂的问题｡
而生产工艺掌握不当导致的失落效一样平常是批次性问题,这种每每会造成很大的经济丢失｡
本研究对某型电子设备生产中涌现的一起失落效案例进行剖析,创造某2DK型二极管在回流焊接后,部分二极管玻壳内部涌现了轴向扩展的“花纹”或径向贯穿的“裂纹”｡
通过对二极管烧结界面构造进行细致的剖析和试验验证,确定了二极管裂纹产生的缘故原由,并给出针对性的改进方法和考验方法,以规避该类问题的再次发生｡
失落效缘故原由剖析
本文研究的二极管采取玻璃金属封装构造，芯片与电极采取AgCuSn焊片焊接，引出端电极为冲压成型的钉头形杜美丝，玻壳采取低温型高铅玻璃｡
个中杜美丝紧张构造是铁镍合金表面包覆铜层,铜表面为一层非常薄的Cu2O｡玻封二极管构造，通过杜美丝引出端表面Cu2O与高铅玻壳高温烧结实现对内部芯片的密封｡
个中高铅玻璃热膨胀系数(CTE)约为9-6K-1,覆铜层的CTE约为17-6K-1,稠浊质量分数15%~25%纯铜的Cu2O膜层CTE为(6~12)×10-6K-1｡
在结合界面位置,杜美丝覆铜层表面的Cu2O起到缓冲铜与玻璃局部热失落配的浸染,在高温烧结下,Cu2O向玻璃内部扩散有利于提高其与玻璃的封接强度。
将回流焊接后外不雅观非常的失落效二极管解焊后进行检讨,玻壳外不雅观非常紧张分为延伸至表面的“裂纹”和内部开裂的“花纹”两种情形｡
二极管玻璃壳体表面存在开裂,由杜美丝贯穿至玻璃表面,二极管玻璃壳体内部存在沿轴向扩展的裂纹,玻璃壳体表面未见裂纹｡
内部呈现“花纹”描述为了不雅观察玻壳内部裂纹和花纹的状态,选取玻壳内部既有裂纹又有花纹两种状态的二极管沿轴向进行制样剖切｡
磨抛至二极管轴心肠位,采取金相显微镜和扫描电镜对二极管的玻璃与金属封接界面结合部位进行不雅观察｡
二极管镶嵌到环氧树脂中的实物描述,二极管被剖切后的实物描述;玻壳裂纹位置的金相描述(100倍),裂纹在玻璃体中形成贯穿｡
裂纹从Cu2O表面延伸到玻壳表面,裂纹附近的Cu2O层有较明显的毛病,这些细碎裂纹并未扩展到玻璃体表面,细碎裂纹附近的Cu2O层有相对较小的毛病｡
从剖面不雅观察情形判断,玻壳裂纹和花纹两种状态均属于玻璃裂纹,只是裂纹的大小和走向不同｡
玻壳裂纹是从玻壳内侧沿轴向扩展至玻壳表面的表现,玻璃碎裂程度较严重｡玻壳花纹是玻璃内裂纹沿横向扩展的表现,玻璃碎裂程度相对更小､更轻一些｡
失落效机理剖析
采取扫描电镜与能谱剖析仪对二极管玻壳与杜美丝界面烧结结合位置进行检讨,玻壳无开裂二极管和玻壳开裂失落效二极管的剖面SEM描述。
玻壳无开裂的正常区域烧结界面描述,玻壳与杜美丝烧结界面密封良好,Cu2O膜层完全连续,界面清晰｡
相应位置能谱测试结果表明,间隔Cu2O上表面约3μm的玻璃内,Cu元本色量分数为67.9%｡
工艺薄弱环节剖析与试验验证
通过以上机理剖析,确认杜美丝Cu2O膜层毛病是导致封装玻璃裂纹的一个主要缘故原由｡对二极管生产情形进行调查,创造裂纹失落效二极管所用的是杜美丝。
也用于其余其他几个批次的二极管,但其他批次的二极管电装后都没有涌现玻璃裂纹的情形,由此判断导致二极管涌现裂纹还有其他缘故原由｡
通过对其生产工艺进行剖析,玻璃及Cu2O的互溶发生在烧结过程中,该二极管烧结温度在600℃旁边,预热降温区温度约为400℃,炉外冷却区温度不做掌握,一样平常为60℃旁边｡
该二极管所用玻壳的退火点为400~420℃,在玻壳软化与杜美丝电极形成良好密封后,缓慢降温至退火点温度,使得软化变形的玻璃内部微构造达到再平衡状态。
充分开释内应力,肃清可能存在的应力集中征象,担保二极管机器强度符合哀求｡
剖析认为预热韶光不敷､恒温韶光不足､恒温超时以及降温过快四种情形均可能会导致玻壳内应力无法充分开释,这些较大的残余应力可能导致玻璃封装产生裂纹｡
烧结后从每个分组样品中各随机抽取50只进行回流焊接,回流焊接后,仅有第8分组的50只样品中有47只玻壳涌现了与失落效件类似的裂纹,其他分组样品均未涌现问题｡
改进方法为了避免类似问题的产生,可以针对以上两个缘故原由分别采纳改进方法｡
首先,要完善零件到货考验方法,二极管生产企业要对杜美丝表面的Cu2O膜层的完全性进行评价,可以采纳扫描电镜检讨办法。
抽取一定数量样品检讨Cu2O膜层的完全性,避免Cu2O质量差的杜美丝电极流入生产环节｡
其次,通过完善封装烧结工艺,优化工艺参数,确保降温速率保持在一个合理区间,降落烧结应力｡
末了,在成品考验中,增加运用验证明验,每个生产批抽取15只二极管,采纳温度增加5℃和韶光增加3~5s的加严条件。
对产品批进行耐焊接强度评估,确认封装批产品的玻璃封装抗温度剧变的能力,确保产品知足利用哀求｡
结论
本文从一例二极管在电装后玻壳产生裂纹的失落效问题入手,通过对玻壳烧结界面构造与身分进行表征,结合烧结工艺过程验证,深入剖析了玻壳内裂纹产生的缘故原由｡
通过剖析创造杜美丝表面氧化层毛病的危害以及烧结后冷却速率过快的工艺问题,提出了工艺参数完善的方法。
完善了零部件考验和成品考验的哀求,对类似封装工艺的产品生产和考验有很强的辅导意义｡
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