3A21铝合金在微波组件激光封焊中的应用研究
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Key Words: microwave module; 3A21 aluminium alloys; laser seal welding; pulse waveform Document Code: A Article ID: 1001-3474 (2019) 02-0094-04
作为现有微波混合集成电路的主流设计，多芯 片组件[1]（MCM，Multi-Chip Module）技术是将多 个裸芯片和其他元器件组装在同一块多层互连基板 上，然后进行封装，从而形成高密度和高可靠性的 微电子组件。相对于传统的单芯片封装，多芯片组 件中的裸芯片需要实现高密封性，确保芯片和电路 远离可能变差的环境条件，避免有害气氛的侵蚀，
第40卷第2期
董昌慧，等：3A21铝合金在微波组件激光封焊中的应用研究
95
近年来，随着工程应用对微波组件密封性要求的提 高，激光封焊在军工精密电子组装领域的应用日益 广泛。
目前，微波组件常用铝合金外壳激光封焊的盖 板、壳体牌号分别是4A11、6061的铝合金[5-6]，4A11 铝合金生产工艺复杂，成本较高，且铝硅合金的抗 腐蚀性较差，材质较脆，严重影响产品的可靠性。 3A21铝合金[7]是防锈铝合金，其特点是来源广泛，具 有优异的综合力学性能，耐腐蚀好，表1给出了上述
实现微波组件/模块的高可靠性。 现有密封方法中，环氧树脂密封性低，焊料密
封温度受限，工艺难度较大，平行缝焊密封材料受 限，电子束密封成本高且需要进行二次焊接。
激光封焊工艺[2-4]作为新型的封装工艺，具有焊 接熔深浅，非接触，焊接热影响区小，焊缝强度接 近母材，焊缝美观，腔体内水氧含量可控等优点。
作者简介：董昌慧（1989- ），男，硕士，毕业于江苏科技大学，工程师，主要从事微组装工艺及其可靠性研究。
摘 要：随着微波组件向高可靠性方向发展，要求壳体内部电路保持长期稳定性工作，因此，对3A21铝合 金的激光密封焊接进行了研究。重点讨论了3A21铝合金激光封焊的脉冲波形，分析了采用不同峰值功率封焊的 试验壳体焊缝形貌，选择合适的峰值功率封焊壳体，对封焊完成的壳体进行漏率检测和焊缝截面形貌观察与分 析。结果表明，在推荐的焊接参数下，焊缝美观，无气孔和裂纹等缺陷，漏率低于5.07×10-9 Pa·cm3/s。焊缝 中的主要元素（除Mn元素外）重量百分比均高于母材中的元素含量，焊缝中有MnAl6等强化相以颗粒和短棒状 分布在晶界边缘析出。研究结果对3A21铝合金在微波组件的应用和气密封装具有一定的指导作用。
DONG Changhui, KUAI Yongqing, LING Xiangpeng, LI Xiao ( Nanjing Hengdian Electronic Co., Ltd., Nanjing 210049, China )
Abstract: With the development of microwave modules toward high reliability, long-term stability of the inner circuit is required. Therefore, Laser Seal Welding of 3A21 aluminum alloy is studied. With the emphasis on pulse waveform of laser sealed welding of 3A21 Aluminium Alloy, The weld appearance of the experimental shell with different peak power seal welding is analyzed. The leakage rate and the weld section morphology are detected and analyzed by selecting the proper peak power seal welding shell. The results show that under the recommended welding parameters, the good welding quality without any defects such as pores or cracks can be achieved, and the leakage rate is less than 5.07×10-9 Pa cm3/s. The weight percentage of the main elements (except Mn) in the weld is higher than that in the base metal. In the weld, MnAl6 and other strengthening phases are precipitated at the grain boundary edge in the form of particles and short bars. The research results have a certain guiding role for the application of 3A21 aluminium alloy in microwave modules and hermetic packaging.
关键词：微波组件；3A21铝合金；激光封焊；脉冲波形 中图分类号：TN605 文献标识码：Ａ 文章编号：1001-3474（2019）02-0094-04
Research on Application of 3A21 Aluminum Alloy in Laser Seal Welding of Microwave Modules
电子工艺技术
94
Electronics Process Technology
2019年3月 第40卷第2期
doi: 10.14176/j.issn.1001-3474.2019.02.009
3A21铝合金在微波组件激光封焊中的应用研究
董昌慧，蒯永清，凌向鹏，李霄
（南京恒电电子有限公司, 江苏 南京 210049）
作为现有微波混合集成电路的主流设计，多芯 片组件[1]（MCM，Multi-Chip Module）技术是将多 个裸芯片和其他元器件组装在同一块多层互连基板 上，然后进行封装，从而形成高密度和高可靠性的 微电子组件。相对于传统的单芯片封装，多芯片组 件中的裸芯片需要实现高密封性，确保芯片和电路 远离可能变差的环境条件，避免有害气氛的侵蚀，
第40卷第2期
董昌慧，等：3A21铝合金在微波组件激光封焊中的应用研究
95
近年来，随着工程应用对微波组件密封性要求的提 高，激光封焊在军工精密电子组装领域的应用日益 广泛。
目前，微波组件常用铝合金外壳激光封焊的盖 板、壳体牌号分别是4A11、6061的铝合金[5-6]，4A11 铝合金生产工艺复杂，成本较高，且铝硅合金的抗 腐蚀性较差，材质较脆，严重影响产品的可靠性。 3A21铝合金[7]是防锈铝合金，其特点是来源广泛，具 有优异的综合力学性能，耐腐蚀好，表1给出了上述
实现微波组件/模块的高可靠性。 现有密封方法中，环氧树脂密封性低，焊料密
封温度受限，工艺难度较大，平行缝焊密封材料受 限，电子束密封成本高且需要进行二次焊接。
激光封焊工艺[2-4]作为新型的封装工艺，具有焊 接熔深浅，非接触，焊接热影响区小，焊缝强度接 近母材，焊缝美观，腔体内水氧含量可控等优点。
作者简介：董昌慧（1989- ），男，硕士，毕业于江苏科技大学，工程师，主要从事微组装工艺及其可靠性研究。
摘 要：随着微波组件向高可靠性方向发展，要求壳体内部电路保持长期稳定性工作，因此，对3A21铝合 金的激光密封焊接进行了研究。重点讨论了3A21铝合金激光封焊的脉冲波形，分析了采用不同峰值功率封焊的 试验壳体焊缝形貌，选择合适的峰值功率封焊壳体，对封焊完成的壳体进行漏率检测和焊缝截面形貌观察与分 析。结果表明，在推荐的焊接参数下，焊缝美观，无气孔和裂纹等缺陷，漏率低于5.07×10-9 Pa·cm3/s。焊缝 中的主要元素（除Mn元素外）重量百分比均高于母材中的元素含量，焊缝中有MnAl6等强化相以颗粒和短棒状 分布在晶界边缘析出。研究结果对3A21铝合金在微波组件的应用和气密封装具有一定的指导作用。
DONG Changhui, KUAI Yongqing, LING Xiangpeng, LI Xiao ( Nanjing Hengdian Electronic Co., Ltd., Nanjing 210049, China )
Abstract: With the development of microwave modules toward high reliability, long-term stability of the inner circuit is required. Therefore, Laser Seal Welding of 3A21 aluminum alloy is studied. With the emphasis on pulse waveform of laser sealed welding of 3A21 Aluminium Alloy, The weld appearance of the experimental shell with different peak power seal welding is analyzed. The leakage rate and the weld section morphology are detected and analyzed by selecting the proper peak power seal welding shell. The results show that under the recommended welding parameters, the good welding quality without any defects such as pores or cracks can be achieved, and the leakage rate is less than 5.07×10-9 Pa cm3/s. The weight percentage of the main elements (except Mn) in the weld is higher than that in the base metal. In the weld, MnAl6 and other strengthening phases are precipitated at the grain boundary edge in the form of particles and short bars. The research results have a certain guiding role for the application of 3A21 aluminium alloy in microwave modules and hermetic packaging.
关键词：微波组件；3A21铝合金；激光封焊；脉冲波形 中图分类号：TN605 文献标识码：Ａ 文章编号：1001-3474（2019）02-0094-04
Research on Application of 3A21 Aluminum Alloy in Laser Seal Welding of Microwave Modules
电子工艺技术
94
Electronics Process Technology
2019年3月 第40卷第2期
doi: 10.14176/j.issn.1001-3474.2019.02.009
3A21铝合金在微波组件激光封焊中的应用研究
董昌慧，蒯永清，凌向鹏，李霄
（南京恒电电子有限公司, 江苏 南京 210049）