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本文主要讲述玻璃熔封。
概述 玻璃熔封(Glass Melting Sealing)又称低温玻璃熔封、黑瓷封装。该工艺是在黑瓷基座和盖板上预制玻璃胶，并采用低温玻璃将引线框架预烧在黑陶瓷基座上，烧结或粘结芯片后，用夹具定位黑瓷基座和盖板后，即可通过链式炉等烧结设备完成熔封。 黑瓷封装从20世纪90年代开始在我国发展起来，与塑封、陶瓷封装和金属封装不同，采用玻璃熔封实现气密封装，具有特殊的历史意义。早在20世纪70年代，国外就开始出现此类外壳的应用，与同时期的其他密封方式相比，它表现出相当的优越性。我国早在八五计划攻关项目中，就对超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)低温玻璃封装开展了深入研究。随后，黑瓷封装在国内经历了一个迅速发展的阶段。黑瓷封装产品包括数模转换器、EPROM、传感器、逻辑电路、存储器、微控制器和视频控制器，最终应用于装备电子、商业电子、汽车和电信领域。 玻璃熔封的特点 集成电路密封方式主要有塑封、金锡熔封、平行缝焊、储能焊、激光焊接及玻璃熔封等。与陶瓷封装(金锡熔封、平行封焊)相比，玻璃熔封具有结构简单、成本低廉、装配效率高等特点，其散热性能和耐恶劣环境的能力比塑封电路更好(较高或较低的工作温度、更高的湿度环境等)。粉末玻璃很早就被用作电子元器件的粘接材料和气密封装材料，这是因为玻璃具有高气密性、高温稳定性和良好的绝缘性，与陶瓷和金属材料之间具有易粘接性和热匹配性等特性。封接后的玻璃在与水、空气等介质接触时，具有良好的化学稳定性。在封接过程中，可以控制低温玻璃熔凝过程中不产生有害物质，防止挥发溅落在密封腔体内。然而，玻璃很脆，机械强度低于陶瓷的机械强度，抗热应力和应力性能比陶瓷封装要弱。 玻璃熔封机理 有研究人员阐述了玻璃熔封的机理，指出原子力求从系统中最不稳定的自由能较高的位置摆脱束缚，迁移至自由能最低位置，这种总是力求使系统达到自由能最低状态的张力就是粘附力，即烧结的动力。熔封时，黑瓷基座及盖板上两个固体颗粒系统由接触到结合，自由表面收缩、非晶体内部空隙缩小直至排除、结合缺陷消除，都会使系统的自由能降低，系统就逐步转变为热力学中较为稳定的状态。这样，低温玻璃固体系统就在高温下被烧结成密实结构。 黑瓷外壳 1. 黑瓷外壳结构 图1和图2给出了南平三金DIP28和DIP8两种封装形式的黑瓷基座和盖板的实物图。 如图1所示，可以看出以下两点:1)黑陶瓷底座，主要由陶瓷基板、引线框架和预置玻璃胶组成。其中，陶瓷基板是一个黑陶瓷片，厚度为2mm;引线框架材料是铁镍合金，需要引线键合一端，预做了铝层，外引脚焊接一端，在封装后需要镀锡;预置的玻璃胶已经将引线框架和陶瓷基板固定在一起。高可靠黑瓷电路的芯片粘片区域沉金处理。2)黑陶瓷盖板主要由陶瓷基板和预置玻璃胶组成。其中，陶瓷基板厚度约为 1.2~1.4mm。国产黑瓷外壳供应商市售的几种典型的黑瓷外壳样品，如图 3 所示。还有一种带光窗的黑瓷外壳，通过光窗，腔体内部芯片可以完成擦写、编程，如图 4 所示。 2. 黑瓷外壳的制备 如图5所示，介绍了黑瓷封装的结构及黑瓷外壳制备的流程，主要包括印制、预烧和安装引线框架。 (1) 印制：将粉末粒度在100um以下的低熔点封接材料(玻璃)与聚甲基丙烯酸丁基脂的5%萜品醇溶液混合，调成黏度为50000cp的浆料，把它用丝网等印制在氧化铝的封接面上。复印制2~3次，一般厚度可达200~300um。 (2) 预烧：氧化铝基板和盖板上印制好浆料后进行预烧。这是为了在氧化铝的既定部位上牢固地粘合上一定量的玻璃，叫作预烧玻璃。在这道工序中必须使玻璃层中所含的有机物先完全分解消失，否则在后面的封接工序，玻璃会被还原或起泡等而损坏封装的可靠性。因此，一般是在富氧的气氛中尽量缓慢地加热。 (3) 安装引线框架：安装引线框架一般是把预烧了玻璃的氧化铝基板放在加热块上，使玻璃熔化的方法进行。加热块的表面温度比封接温度稍高为合适温度。温度过高或时间过长都会使玻璃变质或结晶析出，这往往导致在以后的工序中不能良好封接，或者在电镀时玻璃明显地被侵蚀等现象。 END 转载内容仅代表作者观点
