密封连接器漏气问题研究

密封连接器漏气问题研究

韩伟

泰州市航宇电器有限公司 225300

摘 要：随着集成电路的不断发展，封装产品日趋向小型化、微型化、高集成的方向发展,微矩形密封连接器因为其体积小、低泄漏率、高可靠等特点受到了市场的青睐；密封连接器可以阻止组件内部保护气体发生泄漏，从而防止内部电路受潮发生损坏，因此密封连接器气密性指标就显得尤为重要；本文对密封连接器制造过程中漏气故障进行了分析，找到了影响玻璃烧结产品气密性的主要工艺因素，提出了改进方法,通过改进，漏气问题得到了有效控制；

主题词：密封连接器；预氧化；漏气；玻璃烧结；空化；

1. 引言

密封连接器具有孔间距小、低泄露率、高可靠的特点，广泛应用于航天、航空等领域。

应用方法是将密封连接器焊接在T/R组件上，插孔端与外部的插头进行连接，扁位通过键合的方式与内部芯片进行连接，以此来共同实现内外部的连接。军用集成电路失效模式分析表明，密封连接器泄漏率指标偏高时有发生，导致组件内部惰性保护气体外泄，造成内部芯片受潮损坏，因此保证密封连接器的低泄漏率尤为重要；本文对密封连接器的制造过程进行试验、分析，找到了关键工艺影响因素，提出了改进措施，措施有效，问题得以解决；

2. 问题分析

2.1 原材料

2.1.1 材料选择对气密性的影响

密封连接器由三个零件组成：外壳、插孔、玻璃管。三者之间的线膨胀系数差值△α差异小于10%，属于匹配封接,应力小。如果零件材料出现问题，将会给产品质量埋下严重隐患，漏气问题也是不可避免。

2.1.2 材料复查及验证

问题发生以后，对可伐合金的零件进行了成分分析，符合标准要求，排除影响。

由于玻璃管委外检测成分需要1个月，且供应商提供的材质报告符合性较差，图一是我司委外进行的成分分析，差异很大。因此调取其他厂家与正在生产的同批次牌号相同玻璃管进行验证；第一批烧结100只产品，按现有工艺进行生产，气密性检测全部合格；第二批用剩余的玻璃再烧结88只，按现有工艺进行生产，气密性检测也是全部合格；

图一 成分分析报告

该玻璃管加工的产品，在显微镜下观察，金属零件表面有明显可见的氧化膜，但外壳与插孔之间基本没有气泡，玻璃发生凹陷属于非正常现象，从以试验上情况来看，现有的玻璃管是存在缺陷的；

2.1.3 改进措施

1. 增加批采购量，减少批次性确认的工作量；

2. 每个新批次送上海硅酸盐研究所进行成分测试（约需30天），数据记录留存，从中找规律，确定玻璃管的正确组分，以便于后续的监控；

3. 由于成分检测周期长，每个新批次玻璃管到货后试验生产200只产品，没有异常，可以进行批量生产；

2. 2. 预氧化

2.2.1 氧化膜对气密性的影响

玻璃与金属的封结最为关键的是氧化膜， 公认的是氧化膜成分对气密性影响较大，理论上，单一FeO、单一Fe3O4、随膜厚的增加气密性逐渐转好，Fe2O3其结构较为疏松，故单一Fe3O4成分的氧化膜，烧结后的密封性较好；而随膜厚的增加，气密性则稍有降低。

2.2.2 预氧化过程复查

1. 三元气氛氧化炉炉温测试

采用热电偶对设备的炉温检测，温度曲线符合设定值；

2. 工艺执行情况

现场复查，炉温设定、产品摆放方法、摆放数量等均符合工艺文件要求。

2.2.3 封接强度试验

试验方法为按照现有的氧化烧结工艺生产多个批次，分别进行电镀处理，电镀主要工序流程如图2，将电镀工序逐步前移，找出问题出现的环节。

喷砂去石墨、氧化膜

过混合酸去氧化膜

镀镍

镀软金

镀硬金

图2、电镀流程

2.2.4 改进措施

拟采用改进氧化膜厚度的方式来解决漏气问题，因此进行了表1所示的四组试验

表1、降低氧化增重试验

根据以往攻关的经验，氧化增重范围确立在（0.025-0.04mg/cm

²），气密性合格率可以达到96%以上，从本次试验的情况来看，按此工艺生产的产品虽然漏气比例有所降低，但远达不到之前的合格率。考虑到电镀可能会对产品的氧化膜、玻璃体造成损伤造成漏气，因此还需要对电镀进行深入排查分析；

2. 2. 电镀

      1. 电镀对气密性的影响

电镀处理时必须要将外壳氧化膜去除干净，才能保证镀层有效的跟基材结合，避免镀层出现起皮、破裂现象。常用的去除氧化皮的方式有喷砂、过酸两种方式，对气密性的影响如下：

1. 喷砂去氧化膜

喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂等）工件表面，如果喷砂时的压力过大，时间过长，会破坏金属与玻璃之间的结合，形成微通道，漏气发生；

2. 过酸去氧化膜

可伐合金的氧化成分都是碱性氧化物，密封连接器封接位置的氧化膜端面是暴露在空气中的，用酸去除表面氧化膜的同时也会对这部分氧化膜造成腐蚀，由于接触面积小，因此破坏的速度比较慢，正常情况下不会造成产品漏气，但是如果过酸时间太长，随着时间推移化学反应愈加剧烈，微通道形成，漏气现象发生；

2. 2. 2. 电镀过程复查

1. 电镀线复查

电镀生产线制水机、喷砂机、整流器、循环过滤机、超声波、真空清洗机等设备完好，整个生产线在出现气密问题后进行了活性炭去杂质处理，碱性除油槽、混合酸槽等对新配制了溶液，各镀槽中的杂质大大降低，达到了当前生产线的最佳状态；

2. 工艺执行情况

查现场操作均按照工艺文件执行，工艺文件在2020年1月对过酸时间进行了修订，时间由4分钟增加至10分钟，可能是产品漏气的影响因素；

2. 2. 3. 改进措施

鉴于表3第6组试验的情况，继续按此工艺方案以200只为一个批次，共计投产了5个批次，试验情况如表2，共计漏气18只，合格率达到了98.5%。

表2 、批量生产验证

因此电镀工艺的改进措施是将混合酸的过酸时间降低至30秒，配合现有的空气氧化方案可以解决本次漏气问题；

3 结束语

密封连接器的气密性影响因素很多，本文就此次漏气事件进行理论分析、对比试验，找到了现阶段工艺方法中影响气密性的关键因素，并从玻璃管的材料控制、预氧化氧化增重、电镀过酸、镀层结构四个方面制定了改进措施，漏气问题得以解决；在以后的工作中，要更加注重理论知识的研究，将理论作为工艺实践的基础，才能少走弯路，更好的保证密封连接器的质量，提升市场竞争力。

参考文献：

[1] 张婵，郑爽英.超声空化效应及其应用. [J]:水资源与水工程学报,2009.2：第20卷第1期

[2] 冷文波，沈卓身.可伐合金气密封接的预氧化. [J].电子与封装,2004.5: 第4卷第3期

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