内容发布更新时间 : 2024/11/20 0:40:04星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
1玻璃与金属的封接机理
从金属外壳的外形、几何尺寸、引线(脚)数以及引出形式，其中零件可谓五花八门、成千上万种，但按其封接应力(熔封型式)而言，主要是匹配封接和失配封接，究其封接机理将涉及到二个方面的问题： 1．1 玻璃与金属的润湿(浸润)问题 1．1．1润湿问题
这里所谓的润湿问题则是指玻璃与金属的结合力问题，要想达到玻璃与金属的良好密封，就必须使两者有良好的润湿性。
玻璃与金属的润湿同液体对固体表面润湿的道理-样，即如水滴与物体接触时常出现的两种状况一种是水滴在荷叶上呈圆球形，其润湿角θ接近180℃(见图1)这种润湿显然是不好的；另一种是水滴落在木板上呈扁平形，其θ角近似于0° (见图2)，这便是很好的润湿。
1．1．2氧化物结合学说
这种学说认为：玻璃是由多种氧化物所组成，在封接过程中，金属表面的氧化物能熔人玻璃内，从而成为玻璃成分的一部分，由此获得良好地密封。但该学说未能对高价氧化物能存在于玻璃成分中，并不能与玻璃做到很好的封接作出解释，而电力结合学说则从金属氧化物属于离键晶体结构的观点出发对其作了相应的解释。
1．1．3电力结合学说
这种学说认为：金属表面形成低价氧化物时，金属内层价电子并不参加化合作用，而形成高价氧化物时，金属内层价电子将参加化合作用。因此，金属氧化物的离子半径大小是随金属化合价的高低而不同。在高价氧化物时，由于金属离子半径小，被氧离子紧密包围，使金属离子不能与玻璃中的正负离子很好地结合。当形成低价氧化物时，由于金属离子和周围的氧离子之间形成较大空隙，其电力线可以延伸出来，与玻璃中的正负离子获得最大的结合力和最小的排斥力，从而得到满意的封接(见图3)。
a．润湿角与金属化合价间关系曲线；
b.金属表面形成高价氧化物时与玻璃的电力线结合关系图； c.金属表面形成低价氧化物时与玻璃的电力线结合关系图； d．金属表面没有被氧化时与玻璃电力线结合关系曲线。 由以上的分析告诉我们，在金属表面形成低价氧化层才能获得玻璃与金属的良好润湿效果。 1．2膨胀系数问题
这里所谓的膨胀系数问题则是指在熔封过程中[主要是室温至应变点(Tg)温度范围内]玻璃与金属的膨胀系数应尽可能达到一致，原则上两者膨胀系数之差\应不大于10％，这时，便可获得最小的封接应力(既无害应力)，从而获得良好的密封效果。鉴于玻璃能承受较大的压应力，因此，在设计外壳和选择材料时，往往希望外层金属的膨胀系数略高于中间玻璃，中间玻璃的膨胀系数略高于中心金属(引出线、管)即遵循α外金≥α中玻≥α内金的原则。
在匹配封接中，常用的封接材料是4J29柯伐合金与钼组玻璃相封接GBn97中规定4J29合金的平均线膨胀(20℃~400℃) α:4.6~5．2×10-6℃／；SJ／T10587中规定DM-305的α：48~50× 10-7／℃；规定DM-308的α：47-49×10-7／℃；有资料报导：当封接温度为970℃时，DM-305的润湿角为150，DM-308的润湿角为300。(从玻璃强度耐热度及TK-100点来看，DM-308玻璃略优于DM-305玻璃)。
由以上的介绍告诉我们，选择。系数的一般原则及匹配封接可获得无有害应力的高强度封接，有助于获取良好的气密封接。
在失配封接中，对于α系数的选择原则是α外金α中玻<α内金，应用的是压缩封接原理即保证外部金属对中间玻璃产生较大的径向压应力(足以抵消内金属对中间玻璃所产生的径向拉应力)，最终保证(极易产生漏气部位)内金属与中间玻璃的封接处达到玻璃受到三向压应力，从而提高气密性。笔者在《半导体技术》1990年1期发表了《压缩封接及其应力计算公式简介》一文，故不对失配封接赘述。
2与气密性相关的因素及注意事项
封接机理必须指导工艺，因此优选工艺、严格控制工艺(包括原材料的控制)才能使封接件获得良好的润湿和最小的封接应力，从而保证其良好的气密性。 2．1原材料必须严格检查控制
2．1．1原材料必须符合标准规范的规定
①有资料表明，在某批玻璃中的某种氧化物含量超出1．4％，结果封接温度提高了100℃，封接质量依旧不好，因此严格材料的检查及批使用前的小样工艺试验是必要的；
②原材料的杂质含量必须严格控制，有资料表明，4J29柯伐合金中钛含量达到0．1％时，既使合金中碳量在0．01％，封接时亦会产生有害的封接(密集串状)气泡。
2．1．2金属的表面状态应加以控制
用于电子封接的金属材料其表面质量必须控制。 ①表面状态必须良好，不应有划痕、拉伤等缺陷； ②表面粗糙度应有相应规定。
表面状态不好将影响玻璃与金属的润湿效果，并会导致产品气密性下降。 2．2 优化工艺、严格工艺 2．2．1金属的烧氧退火
①为了消除封接时在柯伐与玻璃界面处产生有害(密集串状)气泡，应在高温、湿氢中对金属零件进行去气、脱碳；
②有资料介绍，经1100℃×15~30min的处理后，金属中含碳量可降至0．01％，封接时极少出现气泡；
③为了达到良好的脱碳、去气作用，烧氢退火温度必须高于封接温度30℃~50℃；