Page 72 - 《真空与低温》2025年第4期

肖汉武等：密封器件中的水汽含量计算及修正 487

1.0
0.9 平行缝焊
水汽含量修正值/% 0.6 低温玻璃熔封
合金焊料熔封
0.8
0.7
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
−0.1
−0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
水汽含量测量值/%
（a）不同封接工艺的水汽含量测量值及修正值
0.7
平行缝焊测量值与修正值的差异
0.6 合金焊料熔封测量值与修正值的差异
水汽含量测量值与 修正值的差异/% 0.4
0.5
低温玻璃熔封测量值与修正值的差异
0.3
0.2
0.1
0
−0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
水汽含量测量值/%
（b）不同封接工艺的水汽含量测量值与修正值的差异

图 2 内部水汽含量测量值与修正值的对比
Fig. 2 The comparison of water vapor content between measurements and correction values

2.4 封装环境对器件内部水汽含量的影响 过 99.999% 氮气惰性气体作为密封气氛，相对湿度
从式（5）可以发现，器件内部水汽含量的影响 小于 0.05%，其中水汽含量小于 0.001 0%，由此引入
因素除封装内部初始总气压外，还包括封装内部的 的封装内部初始水汽含量几乎可以忽略。
水汽压。而封装内部水汽压的贡献与封装环境密 器件内部的水汽更主要的是源自密封前封装
切相关。封装环境具体指的是封装气氛包括密封 环境中的湿度影响，即器件密封前在环境气氛中停
（或称封接）前器件暴露在空气环境中的气氛，器件 留，存放期间封装腔体内对环境水汽的吸附作用，
密封过程中的气氛如平行缝焊手套箱内部惰性 以及装片材料在封接过程中的分解反应。封装中
保护气体气氛，合金熔封炉内惰性保护气体气氛 的芯片黏接材料尤其是聚合物黏接材料（如高温导
（某些产品中有可能使用还原气氛）以及封装内部 电胶、银玻璃等），相对于共晶烧结的焊料，聚合物
装片材料在封接过程中的气体释放。其中封装气 黏接材料表面结构疏松更容易吸附环境中水汽。
氛中的气体湿度、封装内部气体释放中的水汽组 吸附的水汽在封接及测试过程中的高温条件下解
分都是器件内部水汽压的重要组成。 吸进入封装腔体气氛中，使得内部水汽含量增大。
密封过程中的气氛湿度直接影响器件内部的 此外，对于合金焊料熔封、低温玻璃熔封而言，由于
初始水汽含量（不包括水汽含量测试过程中封装内 封接温度超过 300 ℃，聚合物黏接材料发生一定程
部材料释放的水汽）。表 2 列举了不同湿度、不同 度的分解反应，水汽是这种分解反应的反应产物之一。
温度下环境气氛中水的蒸气压。从表 2 可以看出， 通常情况下，器件封装过程并非在封闭的环境
在 25 ℃ 环境温度下当相对湿度为 20% 时，空气中 中进行，如在密封前的内部镜检通常会在洁净车间
[7]
的水蒸气压已超过 611.2 Pa。因此当平行缝焊手套 的空气环境（相对湿度通常要求在 30%~65% ）中
箱环境中相对湿度达到 20% 时，在密封完成后器 进行，密封前器件也需要在氮气柜中储存。无论空
件内部的初始水汽含量即已超过 0.603 2%。当密 气环境或是储存柜中的氮气环境其相对湿度都远
封气氛中相对湿度为 2% 时，密封气氛的水蒸汽压 高于器件密封气氛的相对湿度。因此，器件在进入
为 63.37 Pa，在这种气氛下的封装初始水汽含量约 封接设备前进行充分的烘烤处理可以最大程度使
为 0.062 5%。密封气氛中相对湿度越小，密封后器 得在环境中吸附的水汽得以解吸，这也是保证密封
件内部的初始水汽含量也越低。通常采用纯度超 器件获得较低水汽含量的重要措施。当器件在空