CN116072561A - 一种芯片与基板之间的焊线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯片与基板之间的焊线方法，其包括以下步骤：S1、在芯片的焊点植入第一焊锡，同时在基板的焊点植入第二焊锡；S2、通过焊针将金属线的一端压向所述第一焊锡；S3、对所述第一焊锡加热以使所述第一焊锡熔化并填充至所述金属线和所述芯片的焊点之间；S4、通过所述焊针将所述金属线远离所述第一焊锡的位置压向所述第二焊锡；S5、对所述第二焊锡加热以使所述第二焊锡熔化并填充至所述金属线和所述基板的焊点之间，之后去除多余的所述金属线。本发明中芯片与基板之间的焊线方法可以减小焊针压向芯片的焊点的力度，以避免焊针将金属线压到芯片的焊点时将芯片的焊点压坏的现象，从而保证芯片的焊点不会出现弹坑。

Description

一种芯片与基板之间的焊线方法
技术领域
本发明涉及功率模块的制备技术领域，尤其涉及一种芯片与基板之间的焊线方法。
背景技术
功率模块即模块化智能功率系统MIPM(ModuleIntelligentPower)，是一种将电力电子和集成电路技术相结合的功率驱动类产品，其不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路，并且可以将检测信号送到CPU或DSP作终端处理。功率模块主要由高速低功耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成，即使发生负载事故或使用不当，也可以是其自身不会受到损坏，现已广泛应用于工控及家电等领域。
功率模块一般使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为功率开关元件，并内置电流传感器、FDR(快速恢复二极管)及驱动电路等集成结构，其一般采用高压驱动IC(芯片)驱动IGBT，一个功率模块的内部一般由6个IGBT构成6路三相全桥驱动。
现有技术中功率模块的制备流程为：铝基板清洗(基板清洗)—锡膏印刷—固晶—SMT(表面贴装或表面安装技术)—安装引脚—回流焊—清洗—铝线焊接—预热—注塑—激光打标—后固化—切筋成型—测试，其中，IGBT、FRD之间以及其与铝基板之间焊接的是直径为200μm的粗铝线，具体的焊接原理为：焊针(劈刀)拉住铝线的一端压到芯片的焊点，然后焊针向上抬起拉出一个线弧，最后焊针拉着铝线的线尾压到铝基板的焊点，但由于芯片的基材是半导体材料，其质地硬而脆，焊针将铝线焊接(压)到芯片的焊点时容易将芯片的焊点压坏，从而形成弹坑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯片与基板之间的焊线方法，以解决现有技术中芯片焊接铝线时，容易导致芯片的焊点被压坏而形成弹坑的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种芯片与基板之间的焊线方法，其包括以下步骤：
S1、在芯片的焊点植入第一焊锡，同时在基板的焊点植入第二焊锡；
S2、通过焊针将金属线的一端压向所述第一焊锡；
S3、对所述第一焊锡加热以使所述第一焊锡熔化并填充至所述金属线和所述芯片的焊点之间；
S4、通过所述焊针将所述金属线远离所述第一焊锡的位置压向所述第二焊锡；
S5、对所述第二焊锡加热以使所述第二焊锡熔化并填充至所述金属线和所述基板的焊点之间，之后去除多余的所述金属线。
优选的，所述步骤S1中，所述第一焊锡通过锡球焊头植入所述芯片的焊点，所述第二焊锡通过所述锡球焊头植入所述基板的焊点。
优选的，所述锡球焊头包括呈环状的收纳盒、可转动安装于所述收纳盒的其中一端的筛选转盘、环绕所述筛选转盘的周缘间隔设置的多个穿孔、固定于所述筛选转盘的中部区域的转轴、一端固定于所述收纳盒且对准所述穿孔的设置区域的喷嘴、固定于所述喷嘴远离所述收纳盒一端的电弧加热结构、盖设于所述喷嘴靠近所述收纳盒一端的盖板以及连接至所述电弧加热结构的电源线。
优选的，多个所述穿孔均匀的设置于所述筛选转盘的周缘。
优选的，所述步骤S2中，对所述第一焊锡加热的步骤为：先将所述电弧加热结构压向所述第一焊锡，再通过所述电源线为所述电弧加热结构供电以使所述第一焊锡熔化；
所述步骤S5中，对所述第二焊锡加热的步骤为：先将所述电弧加热结构压向所述第二焊锡，再通过所述电源线为所述电弧加热结构供电以使所述第二焊锡熔化。
优选的，所述锡球焊头还包括连接至所述喷嘴的中部区域的气管。
优选的，所述步骤S3中，所述第一焊锡熔化后通过所述气管输送的气体将其吹向所述金属线和所述芯片的焊点之间；
所述步骤S5中，所述第二焊锡熔化后通过所述气管输送的气体将其吹向所述金属线和所述基板的焊点之间。
优选的，所述步骤S2进行前，所述锡球焊头和所述焊针通过CCD摄像头进行定位。
与现有技术比较，本发明中芯片与基板之间的焊线方法通过先在芯片的焊点植入第一焊锡，再通过焊针将金属线压向芯片的焊点上的第一焊锡，最后通过对第一焊锡加热使其熔化并填充至金属线和芯片的焊点之间，从而使金属线焊接至芯片的焊点上，这种焊接方式可以减小焊针压向芯片的焊点的力度，以避免焊针将金属线压到芯片的焊点时将芯片的焊点压坏的现象，从而保证芯片的焊点不会出现弹坑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种芯片与基板之间的焊线方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种芯片与基板之间的焊线方法中所述CCD摄像头进行定位时的操作示意图；
图3为本发明实施例提供的一种芯片与基板之间的焊线方法中锡球焊头的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种芯片与基板之间的焊线方法中焊针的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种芯片与基板之间的焊线方法中步骤S1的操作示意图；
图6为本发明实施例提供的一种芯片与基板之间的焊线方法中步骤S2和步骤S3的操作示意图；
图7为本发明实施例提供的一种芯片与基板之间的焊线方法中所述焊针拉出线弧的操作示意图；
图8为本发明实施例提供的一种芯片与基板之间的焊线方法中步骤S4和步骤S5的操作示意图；
图9为现有技术中芯片与基板之间焊线完成后以及本发明实施例中芯片与基板之间焊线完成后的对比示意图。
其中，1、芯片；11、第一焊锡；2、基板；21、第二焊锡；3、焊针；4、金属线；41、线弧；5、锡球焊头；51、收纳盒；52、筛选转盘；53、转轴；54、喷嘴；55、盖板；56、电源线；57、气管；6、CCD摄像头。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种芯片与基板之间的焊线方法，结合图1至图9所示，其包括以下步骤：
S1、在芯片1的焊点植入第一焊锡11，同时在基板2的焊点植入第二焊锡21。
具体地，所述第一焊锡11通过锡球焊头5植入所述芯片1的焊点，所述第二焊锡21通过所述锡球焊头5植入所述基板2的焊点。
本实施例中，所述锡球焊头5包括呈环状的收纳盒51、可转动安装于所述收纳盒51的其中一端的筛选转盘52、环绕所述筛选转盘52的周缘间隔设置的多个穿孔、固定于所述筛选转盘52的中部区域的转轴53、一端固定于所述收纳盒51且对准所述穿孔的设置区域的喷嘴54、固定于所述喷嘴54远离所述收纳盒51一端的电弧加热结构、盖设于所述喷嘴54靠近所述收纳盒51一端的盖板55以及连接至所述电弧加热结构的电源线56。
所述收纳盒51与所述筛选转盘52共同围设形成容纳锡球的容纳空间；多个所述穿孔均匀的设置于所述筛选转盘52的周缘，所述穿孔设计为能容纳一个锡球进入的孔径；所述转轴53可由高精度的步进马达带动旋转，每转动一步便可以使其中一个穿孔对准所述喷嘴54靠近所述收纳盒51的一端，以使该穿孔内的锡球落入所述喷嘴54内；所述喷嘴54为中空结构，且由其靠近所述收纳盒51的一端向另一端逐渐缩小，所述喷嘴54远离所述收纳盒51的一端可卡住锡球；所述电弧加热结构可通过所述电源线56的供电实现升温；所述盖板55用于隔离所述喷嘴54和所述容纳空间，以保证只有所述穿孔内的锡球依靠重力落入所述喷嘴54，而为了实现只有所述穿孔内的锡球落入所述喷嘴54，则可以在设置所述筛选转盘52的收纳盒51的端部边缘设置挡板，并使该挡板对应所述喷嘴54的位置为缺口位，这样便可以保证所述穿孔内的锡球只会掉落至所述喷嘴54。
另外，所述锡球焊头5还包括连接至所述喷嘴54的中部区域的气管57，该气管57可通过电磁阀控制其输送的气体，输送的气体可以是高温(230℃)高压(0.5MPa)的氮气或其它气体。
在所述芯片1的焊点植入所述第一焊锡11的原理为：先将所述电弧加热结构对准所述芯片1的焊点，然后通过步进马达以及所述中心转轴53带动所述筛选转盘52转动，以使其中一个所述穿孔内的锡球掉入所述喷嘴54内，再通过所述电源线56为所述电弧加热结构供电，以通过所述电弧加热结构对所述喷嘴54内的锡球加热使其熔化，并通过所述气管57输出的气体将熔化后的焊锡吹向所述芯片1的焊点，从而在所述芯片1的焊点形成第一焊锡11。而在所述基板2的焊点植入所述第二焊锡21的原理与在所述芯片1的焊点植入所述第一焊锡11的原理相同，在此不作赘述。
本实施例中，所述锡球焊头5和所述焊针3通过CCD摄像头6进行定位，这样可以确保所述金属线4的焊接精度。
所述CCD摄像头6对所述锡球焊头5定位的方法为：在所述基板2的平整位置处喷一个锡球，然后通过鼠标将所述CCD摄像头6的中心光标拖动到焊点上，再通过鼠标拖动所述CCD摄像头6的第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)的位移坐标，并记录为所述CCD摄像头6与所述锡球焊头5的相对坐标，生产时，所述CCD摄像头6定位基板2的焊点后，所述喷嘴54会按照记录的相对坐标自动找到正确的所述锡球焊头5的坐标点。
所述CCD摄像头6对所述焊针3定位的方法为：打开校正模式，使所述焊针3在所述基板2的平整位置处下压形成一个所述焊针3的印记，然后通过鼠标将所述CCD摄像头6的中心光标拖动到所所述焊针3的印记上，再通过所述鼠标拖动所述CCD摄像头6的第一方向和第二方向的位移坐标，并记录为所述CCD摄像头6与所述焊针3的相对坐标，生产时，所述焊针3会按照记录的相对坐标自动找到正确的所述焊针3的坐标点。
S2、通过焊针3将金属线4的一端压向所述第一焊锡11。
S3、对所述第一焊锡11加热以使所述第一焊锡11熔化并填充至所述金属线4和所述芯片1的焊点之间。
具体的，对所述第一焊锡11加热的步骤为：先将所述电弧加热结构压向所述第一焊锡11，再通过所述电源线56为所述电弧加热结构供电以使所述第一焊锡11熔化；所述第一焊锡11熔化后通过所述气管57输送的气体将其吹向所述金属线4和所述芯片1的焊点之间。
由于所述芯片1的温度低于所述第一焊锡11熔化的温度，因此熔化后的焊锡在接触所述芯片1的焊点后会再次凝固，以将所述金属线4固定在所述芯片1的焊点。
S4、通过所述焊针3将所述金属线4远离所述第一焊锡11的位置压向所述第二焊锡21。
其中，将所述金属线4远离所述第一焊锡11的位置压向所述第二焊锡21时，所述焊针3还会将所述金属线4拉出一个线弧41，所述线弧41的拉动过程为：所述焊针3带动所述金属线4向第三方向(Z方向，向上)移动，然后关闭线夹，所述焊针3向第二点反向移动，之后松开线夹，所述焊针3继续向上移动，然后关闭线夹，所述焊针3再想第二点移动便可形成所述线弧41。
S5、对所述第二焊锡21加热以使所述第二焊锡21熔化并填充至所述金属线4和所述基板2的焊点之间，之后去除多余的所述金属线4。
具体地，对所述第二焊锡21加热的步骤为：先将所述电弧加热结构压向所述第二焊锡21，再通过所述电源线56为所述电弧加热结构供电以使所述第二焊锡21熔化；所述第二焊锡21熔化后通过所述气管57输送的气体将其吹向所述金属线4和所述基板2的焊点之间。
其中，去除多余的所述金属线4，即为去除所述第二焊锡21外的所述金属线4，可以通过剪断或拉断的方式去除。
本实施例中，每焊接完成一条所述金属线4后，设备上的线夹则会关闭，以避免所述金属线4从所述焊针3上脱落。
当然，根据实际需求，也可以先依次进行所述步骤S4和所述步骤S5，再依次进行所述步骤S2和所述步骤S3，此时，所述步骤S5步骤中去除多余的所述金属线4则在所述步骤S3完成后进行即可。
自动生产时，所述基板2传送至设备轨道的工作台上，轨道加热块将所述基板2加热至180℃；所述CCD摄像头6定位所述金属线4的第一焊点(所述芯片1的焊点)并记录焊点位置，然后所述CCD摄像头6移动到所述金属线4的第二焊点(所述基板2的焊点)精确定位并记录位置数据；所述锡球焊头5依次移动到第一焊点和第二焊点处分别喷出以颗锡球至对应的焊点上，以形成所述第一焊锡11和所述第二焊锡21；紧接着所述焊针3进行所述第一焊点上的焊接；所述锡球焊头5再次对所述第一焊点吹高温(230℃)氮气，使所述第一焊锡11完全流动至所述金属线4与所述芯片1的焊点之间；所述焊针3拉出所述线弧41；所述焊针3进行第二焊点上的焊接；所述锡球焊头5对所述第二焊点吹高温(230℃)氮气，使所述第二焊锡21完全流动至所述金属线4与所述基板2的焊点之间。
与现有技术比较，本发明中芯片与基板之间的焊线方法通过先在芯片1的焊点植入第一焊锡11，再通过焊针3将金属线4压向芯片1的焊点上的第一焊锡11，最后通过对第一焊锡11加热使其熔化并填充至金属线4和芯片1的焊点之间，从而使金属线4焊接至芯片1的焊点上，这种焊接方式可以减小焊针3压向芯片1的焊点的力度，以避免焊针3将金属线4压到芯片1的焊点时将芯片1的焊点压坏的现象，从而保证芯片1的焊点不会出现弹坑。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种芯片与基板之间的焊线方法，其特征在于，所述芯片焊线方法包括以下步骤：
S1、在芯片的焊点植入第一焊锡，同时在基板的焊点植入第二焊锡；
S2、通过焊针将金属线的一端压向所述第一焊锡；
S3、对所述第一焊锡加热以使所述第一焊锡熔化并填充至所述金属线和所述芯片的焊点之间；
S4、通过所述焊针将所述金属线远离所述第一焊锡的位置压向所述第二焊锡；
S5、对所述第二焊锡加热以使所述第二焊锡熔化并填充至所述金属线和所述基板的焊点之间，之后去除多余的所述金属线。
2.如权利要求1所述的芯片与基板之间的焊线方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述第一焊锡通过锡球焊头植入所述芯片的焊点，所述第二焊锡通过所述锡球焊头植入所述基板的焊点。
3.如权利要求2所述的芯片与基板之间的焊线方法，其特征在于，所述锡球焊头包括呈环状的收纳盒、可转动安装于所述收纳盒的其中一端的筛选转盘、环绕所述筛选转盘的周缘间隔设置的多个穿孔、固定于所述筛选转盘的中部区域的转轴、一端固定于所述收纳盒且对准所述穿孔的设置区域的喷嘴、固定于所述喷嘴远离所述收纳盒一端的电弧加热结构、盖设于所述喷嘴靠近所述收纳盒一端的盖板以及连接至所述电弧加热结构的电源线。
4.如权利要求3所述的芯片与基板之间的焊线方法，其特征在于，多个所述穿孔均匀的设置于所述筛选转盘的周缘。
5.如权利要求3所述的芯片与基板之间的焊线方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所述第一焊锡加热的步骤为：先将所述电弧加热结构压向所述第一焊锡，再通过所述电源线为所述电弧加热结构供电以使所述第一焊锡熔化；
所述步骤S5中，对所述第二焊锡加热的步骤为：先将所述电弧加热结构压向所述第二焊锡，再通过所述电源线为所述电弧加热结构供电以使所述第二焊锡熔化。
6.如权利要求3所述的芯片与基板之间的焊线方法，其特征在于，所述锡球焊头还包括连接至所述喷嘴的中部区域的气管。
7.如权利要求6所述的芯片与基板之间的焊线方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述第一焊锡熔化后通过所述气管输送的气体将其吹向所述金属线和所述芯片的焊点之间；
所述步骤S5中，所述第二焊锡熔化后通过所述气管输送的气体将其吹向所述金属线和所述基板的焊点之间。
8.如权利要求2至7任意一项所述的芯片与基板之间的焊线方法，其特征在于，所述步骤S2进行前，所述锡球焊头和所述焊针通过CCD摄像头进行定位。
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