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电子封装相关窑炉设备特点及应用

作者：admin 发布时间：2025-07-21 16:12:26 点击量：

　　随着电子技术的飞速发展，封装的小型化和组装的高密度化以及各种新型封装技术的不断涌现，对电子封装的质量要求也越来越高，因此对封装热处理设备的要求也越来越高，在该行业中，很多电子封装材料用的都是陶瓷、玻璃和金属，依据电子封装行业中的典型封装工艺，结合封装材料，简单介绍封装热处理设备的特点及现状。

　　一、玻璃与金属封接相关热处理设备

　　玻璃金属封接件一般由盖板、玻璃体和芯柱三部分构成，在一定温度、气氛等条件下，玻璃体作为一种良好的绝缘材料，将不同材质的盖板和芯柱封接成密封件，由于近代科学技术的发展，玻璃的封接业已成为制造各种高质量的电光源、电子管以及其他电真空器件必不可少的技术，同时，随着电子器件的小型化和结构元件的精密化，对封接制品的气密性和可靠性的要求也日益提高，封接技术和封接理论也随之得到了进一步发展。

　　1.脱碳：降低材料表面的碳含量，减少封接区出现孔边气泡，对于常用的可伐合金，气氛要在N₂+H₂+H₂O(微量)混合气氛中进行，对于脱碳工艺而言，最重要的是保证气氛准确和避免脱碳后金属内部产生很大的应力，因此降温时要尽量缓慢。

脱碳热处理设备
难点	解决方案	应用效果	备注
采用湿氢+氮气的烧结气氛，氢气加湿后的压力稳定控制	1.氢气通过进气管上的毛细孔进入水箱内，从而控制气泡的直径，防止瞬间气泡炸裂后带来的加湿箱内的压力变化 2.加湿箱体上采用自动泄压方式，可使箱体内的压力保持在±20Pa以内	良好	达到国内先进，接近国际水准
降温段降温速率可控	依据不同产品及夹具计算冷却速率，依据此计算结合保温材料的热导率，设计降温段保温材料厚度可将产品的冷却速率严格控制在材料需要的范围之内
炉膛内各温度段内的露点可控	通过在不同温度段设置露点检测点，实时监控炉膛各温度段露点值，将信号反馈至湿气阀门，阀门根据此值计算阀门的开度，从而达到自动控制露点目的

图1(泰络装备脱碳热处理炉)

　　1. 氧化：可伐合金与玻璃之间不直接浸润，必须先将可伐合金进行预氧化，然后在高温下实现可伐合金的氧化膜与玻璃浸润融合，封接质量的好坏在很大程度上取决于金属-玻璃封接界面的质量，因此金属的预氧化工艺设备至关重要。

氧化热处理设备
难点	解决方案	应用效果	备注
湿氮的烧结气氛，气体的压力稳定和均匀性控制	1.湿气进气采用两级稳压装置，可将进气压力控制在0.05Mpa范围内，结合成熟的加湿箱体，可将湿氮气的出气压力范围控制在±15pa以内 2.湿氮进入炉膛内之前先进入一气盒内，通过在气盒内不同孔进的出气孔分布达到出去均匀，从而使炉膛内的气氛达到均匀	良好	达到国内一流水准
氧化恒温段露点值可控，金属壳体氧化层厚度可控	1.氧化的关键是使产品在恒温段氧化时，恒温段的露点波动要控制在±2℃以内是比较理想的，因此利用露点分段可控技术结合进气点位置的合理分布和高精度检测装置形成闭环控制，即可将露点值控制在工艺要求的范围内，从而达到控制金属壳体氧化层厚度目的	良好	达到国内一流水准

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图2(泰络装备氧化热处理炉)

图3(金属壳体氧化层厚度及均匀性控制原理示意图)

　　金属氧化层厚度及均匀性控制原理：

　　首先将炉膛内的气氛调整为如上图的气流方向，使炉膛的气氛达到一种动态平衡，另一路氮气经过加湿箱，将纯干氮转化为湿氮进入炉膛内气盒，气盒底部开很多均匀气孔，使进入气盒的湿氮通过气孔均匀的进入炉膛，随气流方向一起由出口方向流向烟囱，产品在由进口方向向出口方向运动时可与湿氮均匀接触达到氧化均匀的目的。

　　2. 退火：就是将产品缓慢加热到一定温度后，保温一定时间(根据不同产品的需要，保温时间可适当调整)后，缓慢降温的过程，一些金属壳体经过机加后内部存在一定的应力，在封接前需要将这些应力消除，这一般是壳体结构复杂或偏厚的金属壳体上，这样在后续与玻璃封接时就不会因为金属内部应力过大而导致封接质量下降的现象产生。

图4

退火热处理设备

难点

解决方案

应用效果

备注

升降温速率可控

每温区之间采用热障结构，可最大限度的设置升温段和降温段，相邻两温区之间的温度梯度，从而控制产品的升降温速率，较好的符合不同产品的升降温要求，达到最佳的退火效果

良好

达到国内一流水准

　　4.玻珠制备：玻璃绝缘子(简称玻珠)在金属封装中起着举重轻重的作用，它的性能直接影响封接后的气密性，绝缘电阻等至关重要的技术参数

　　制成后的坯体需要进行脱蜡玻化处理，对坯体内的蜡需要完全排净，因蜡排不净而残留在玻珠内，在玻璃体封接过程中会产生气泡而导致封接玻璃体结构疏松强度降低。

排胶焙烧热处理设备
难点	解决方案	应用效果	备注
产品排胶不充分	1.在设备的升温段也即排胶段，采用大炉腔结构设计（即排胶段的炉膛腔体要比玻化区的炉膛腔体大），同时采用顶部区域整体收集废气的结构，使排除的废气能及时均匀的通过烟囱排出炉膛外	良好	达到国内一流水准
外部冷凝蜡集中收集	1.利用蜡的冷凝回流现象，故如图4设计排蜡收集装置，可有效收集冷凝回流的蜡，保持设备及工厂排气口的洁净	良好	达到国内一流水准

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图5(玻珠的排胶焙烧热处理炉)

　　5.熔封封接：玻璃-金属熔封封接一般由盖板、玻璃体和芯柱三部分构成如图所示，在一定的温度、气氛等条件下，玻璃体作为一种良好的绝缘材料，将不同材质的盖板和芯柱封接成密封件(其透气率可达10-10Pa.m³/s,且抗热震性能好，耐压值可达340MPa)

图6 1.盖板 2.芯柱 3.玻璃体

　　封接过程中需要控制升温速率和精确恒温时间和控制降温速率，以及消除玻璃与金属之间由于封接而产生的内应力，因此玻璃-金属熔封封接的热处理设备，如图所示需要满足以上工艺需求，这样才能使产品的熔封封接效果达到最佳。

熔封封接热处理设备
难点	解决方案	应用效果	备注
升温速率达到30℃/min～50℃/min即需要相邻温区温度可进行大梯度设置	利用先进的热障技术，将相邻温区用氮气和水流物理隔开，仅留有产品通过的通道，可以使相邻温区的温度梯度达到200℃以上，即可使产品在端时间内达到工艺所需温度，从而满足产品的升温速率要求	良好	接近国际水平
降温速率可控以及防止封接后的产品玻璃开裂	设备在高温区和退火加热区之间设计一段无加热元件的保温段，且结合鼓风降温系统（冷却进风速率可调）使产品在退火恒温段有足够的退火时间消除玻璃与金属内部的应力
在600mm有效区域内均匀度达到±2℃	基于德国倍福开发具有自身知识产权的独立的温控系统，采用1点输入多点输出的控温模式，使炉膛内横截面温度达到左中右可调，从而使炉膛内空间温度均匀性可控
不锈钢/镀镍产品在封接过程中不被氧化	升温段采用进气喷淋结构，通过对喷淋孔的精确设计达到喷淋出气的均匀，从而使产品始终处于低氧气氛环境中,氧含量控制在10ppm以下；设备的进出口过渡段均采用双气幕，即采用两道气幕的特殊设计，达到阻隔外部空气通过网带缝隙或其他缝隙进入炉膛的可能性。

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图7(泰络装备熔封封接热处理炉)

　　二、金属与金属钎焊封接相关热处理设备

　　钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法，钎焊的材料有很多种，有金属-陶瓷钎焊，金属-非金属的先进钎焊，金属-金属钎焊等。

　　1. 除氢：有些钎焊产品在焊接前需要电镀上一层钎焊性能更好的金属镀层，在化学镀体系中，被镀金属离子得到电子，氢离子同样会得到电子，生成原子态的氢，渗透到金属镀层内部，使镀层疏松，镀件搁置一段时间后，原子态的氢会结合生成氢气而是体积膨胀，从而导致镀层产生针孔、鼓泡甚至脱落等缺陷，如果渗透到基体还会导致整个镀件发生氢脆，特别是高强度钢，一旦渗氢很容易脆断。因此镀完后的产品需要去除产品内的氢气(在真空热处理设备内处理较为理想)，以确保产品的品质。

除氢真空热处理设备
难点	解决方案	应用效果	备注
产品摆放有效区域内均匀度要求较高	1. 炉内均匀性要求一般为≤±5℃，对于处理较大产品的真空炉膛应采用六面加热的模式 2. 处理中小型产品的真空炉膛，沿炉膛长度方向四周布置电热元件时，炉膛长度应等于炉膛有效长度的1.5～2倍，利用长出有效长度的那段电热元件，可补偿炉膛两端的热损失，以提高炉温的均匀性	良好	达到国内一流水准
加热元件电极连接处发热量较大，影响电流	炉壳和电极采用特殊水冷结构，可有效降低其表面温度，使电流密度成倍提高	良好	达到国内一流水准

钎焊封接热处理设备
难点	解决方案	应用效果	备注
长期使用温度最高可达1150℃，各种关键的使用寿命	设备核心部件马弗采用最先进的顶部拱顶，底部波浪状的加强型抗变形设计，确保其在1150℃长期稳定运行5年左右	良好	接近国际水平
温场的均匀性要求高，温度均匀性需达到由于±2℃	采用加热元件左中右布丝结构，使每温度段左中右功率可调，确保每温度段左中右发热均匀从而达到产品摆放区域的温度均匀性达到工艺要求的±2℃
炉膛的气氛控制、烧结气氛中的可燃性气氛的尾气处理以及用气安全	炉膛内部全程采用氧含量和露点监测系统，让炉膛内的气氛可实时检测，且可自动调整不同气氛比例的混合气进入炉膛，可将炉膛内的氧含量控制在5ppm以下，尾气排放烟囱采用多层错位式双点火系统，让排放的尾气充分燃烧以确保安全
不同季节，保证热处理设备同一温区温度的一致性	因为金属钎焊对温度比较敏感，温度波动对钎料的熔化影响很大，依据测控温元件的测控原理，将测温元件的冷端维持在一个恒温的状态，结合温度补偿抗干扰设计，可以将一年四季同一温区温度波动控制在±1.5℃以内，很好的解决了不同季节，同一温区温度波动的难题

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图8(泰络装备气氛钎焊热处理炉)

　　图9(泰络装备真空钎焊炉、真空除氢炉)

图10(泰络装备气氛管式炉-中试用)

　　服务产品展示：

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　　结束语：依托材料的不断创新和进步，电子封装行业的国产设备的精度和稳定性已达到或接近国外同领域设备水平，为玻璃和金属，金属和金属，以及金属和陶瓷的热处理工艺上提供了强有力的硬件保证，随着电子封装行业的飞速发展，国产设备的发展将迎来新一波的发展高潮。

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电子封装相关窑炉设备特点及应用

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