Si/Al电子封装复合材料的激光焊接气孔成因分析

摘要

硅/铝(Si/Al)复合材料是一类新型轻质电子封装材料,能够很好满足先进微波组件封装的技术要求。粉末冶金技术制备的Si/Al封装复合材料具备优异的综合性能和较好的质量一致性。为了解决粉末冶金Si/Al复合材料壳体焊接气密性合格率不高的关键工程问题,开展了小批壳体-盖板的脉冲激光封焊试验;着重采用CT无损扫描、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及成分分析等手段对焊缝的表面、横剖面和纵剖面进行了详细观察,表征了壳体焊缝出现的典型焊接气孔的尺寸、形貌和分布特点,分析了焊接气孔的形成原因和影响因素。Si/Al复合材料的焊接气孔分为材料本征焊接气孔(第一类)和组合焊缝特有气孔(第二类)。第一类为尺寸细小的球形气孔,无序分布于焊缝熔池底部,其产生与高含量的Si颗粒以及材料中氧夹杂紧密关联;此类气孔不会直接造成焊缝漏气。第二类气孔位于壳体-盖板焊合面边缘的未焊合区,该类气孔贯穿焊缝、在焊缝表面开口可直接造成焊缝严重漏气,批量壳体气密性合格率降低。第二类气孔是由焊缝结构所决定,在表面及内部氧化物的促进下,在焊缝特定位置形成的一类复杂气孔。相应地,提出并试验验证了消除气孔缺陷的针对性措施。本文的研究结果对于根本性提升Si/Al复合材料批量封装件气密性合格率、推动粉末冶金铝基复合材料在高气密性电子封装领域的规模应用具有一定实际意义。