CN101109601A - 内控真空焊接炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的内控真空焊接炉，包括真空炉体和门，其特征在于，在所述真空炉体设置有加热装置，在贴近加热装置的上部设置有烧结模具搁置架，所述烧结模具搁置在烧结模具搁置架上。本发明将传统的真空焊接炉中加热装置位于真空炉体外改为将加热装置设置在真空炉体内，使热源更贴近需焊接的晶体管。同时将控制加热温度的温度传感器设置在加热装置上表面与烧结模具之间，使得烧结温度的控制更为精准，提高了烧结效率。本发明的门可以实现自动开启与关闭。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体的来说涉及一种用于半导体行业的钎焊、封装等工艺及生产中使用的内控真空焊接炉。
背景技术
在半导体行业中，半导体器件的钎焊、封装等工艺中，需要进行真空焊接或烧结。而目前进行真空焊接或烧结所采用的设备一般是隧道式焊接炉和普通真空焊接炉。
传统隧道式烧结炉主要用于半导体器件的后道封装、钎焊、气体保护热处理等工业生产，一般的其长度10-13米，宽1.5米占地面积较大，工作温度400摄氏度-1000摄氏度，温度控制精度±2度-6度，控制段数为3-8段，冷却方式一般为水循环，机身十分笨重，总功率50KVA耗电量大，隧道炉是敞开式结构，高温下需要的保护气体大量输入，气体用量十分庞大，且焊接面会有气孔产生，焊接有效面积70％，拉伸强度不足。
针对传统隧道式烧结炉用于半导体行业的钎焊、封装等工艺及生产中反应的问题，该行业开始使用普通焊接炉进行半导体的钎焊、封装。普通焊接炉是一种集电加热技术、真空技术、自动控制技术于一体的真空加热设备，有效解决了隧道焊接炉的气体用量大、焊接不良等问题。但是该这种普通焊接炉也存在着如下缺点：1、该普通焊接炉一般长3-4米，宽2米以上，高度在3米左右；跟隧道炉一样，机身笨重，占地面积比较大。2、该普通焊接炉采用和隧道炉相同的外加热源方式，器件在生产中受热不均匀，工艺十分难以把握，性能不稳定，而且实际检测的温度与烧结的温度不一致；3、冷却方式为外吹风冷却，速度慢，一般单降温过程要1.5小时以上，虽然容量大，但速度慢，综合效率并不高。4、再者该普通焊接炉的功率也在35KVA以上，也是持续加热(即不烧结的时候也在耗电)，仍然比较浪费能源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种内控真空焊接炉。该内控真空焊接炉采用内加热方式，热源的温度与实际烧结的温度最接近，从而解决了现有隧道式焊接炉和普通真空焊接炉所存在的诸多不足之处。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
内控真空焊接炉，包括真空炉体和门，其特征在于，在所述真空炉体设置有加热装置，在贴近加热装置的上部设置有烧结模具搁置架，烧结时，所述烧结模具搁置在烧结模具搁置架上。
为了精确地控制烧结模具内的烧结温度，所述加热装置的温度传感器设置在所述烧结模具搁置架中，并位于加热装置上表面与烧结模具之间。
本发明还作了如下方面的改进：
为了提高生产效率，需要对真空炉体实施快速冷却，因此本发明在真空炉体上设置有水套，所述水套上设置有进、出水口，所述进、出水口连接冷却水源。
在所述真空炉体上设置真空管接头，所述真空管接头通过截止阀及真空管路与真空泵连接。
为了在烧结完毕后，能顺利地开启真空炉体，需要向真空炉体内充入一定的气体，使真空炉体的内外压力平衡，因此本发明在所述真空炉体上设置有一充气管接头，充气管接头也通过一截止阀及充气管路与气源连接。
一般来说，充气过程一般是在烧结完毕，冷却时进行，因此充入的气体不能为空气，需要是惰性气体，最好为氩气。
在本发明中，真空炉体可以为各种形状，如柜型、管状形状等。本发明的真空炉体的优选结构为包括一真空管体和支承真空管体的支架，真空管体的径向截面形状可以为矩形、椭圆和圆形，优选为圆形。所述真空管体的一端或两端设置有门。在真空管体的一侧设置门，就只能从真空管体一侧将烧结模具送入真空管体内进行烧结，如果在真空管体两端开门，就可以从真空管体的两侧实施操作，以提高生产效率。
真空炉体采用真空管体和支承真空管体的支架构成，真空管体可以是若干个，各自独立构成若干个真空炉体。若干个真空炉体以并行排列方式排列在支架上。或者以多层排列方式布置在支架上，每一层的若干个真空炉体以并行排列方式排列在支架上。
在本发明中，所述的加热装置为电加热装置，其包括固定安装在真空炉体内的加热板和纵向插入加热板中的电加热管，这样电加热管产生热量可以通过加热板均匀的辐射出来。
在本发明中，所述烧结模具搁置架包括固定搁置架和活动搁置架，所述固定搁置架为框架结构，其固定安装在真空炉体中，纵向的两侧设置导轨，活动搁置架安装在固定搁置架上并能在固定搁置架的导轨上滑动；所述活动搁置架用来放置烧结模具。通过活动搁置架可以方便地将烧结模具送入到真空炉体内，或从真空炉体内取出来。
本发明在门的设置方面还可以作如下改进：一种方式为将门的一侧铰链到真空炉体一侧上，而在门的另一侧设置有一开口槽，在真空炉体的另一侧铰链有螺栓，所述螺栓上旋有锁紧螺母。另一种方式为在门的周边均布若干个开口槽，而在真空炉体的周边对应于开口槽相应位置铰链有若干螺栓，在每一螺栓上旋有锁紧螺母。
上述开门与关门的方式均为手动的，当然本发明的门可以采用自动方式进行开启与关闭。具体结构如下：该门通过一自动启闭机构安装在支架上，所述自动启闭机构包括一举升部件，与举升部件连接并由举升部件带动上下移动的滑块，旋接在所述滑块上的压紧螺栓，设置在压紧螺栓上的压缩弹簧，固定在门上的锁门汽缸，与所述锁门汽缸的活塞轴连接并依靠活塞轴进行升降的锁舌驱动块，与锁舌驱动块连接并由锁舌驱动块驱动向两侧伸缩的锁舌，固定在真空炉体上并位于门两侧的锁孔块，所述锁舌与所述锁孔块相互咬合与分离，实现门的锁闭与开启。
在上述自动启闭机构中，所述举升机构为一举升汽缸。
在上述自动启闭机构中，在所述支架上设置有向上延伸出去的两导槽件，所述滑块限制于两导槽件之间并可沿两导槽件上下滑动。通过设置两导槽件，可以保持滑块在举升部件带动下，平稳地升降。
在所述滑块上固定有若干螺套，所述每一压紧螺栓旋过所述对应的螺套；在所述门的外表面上开设有若干内螺孔，所述压紧螺栓旋入对应的内螺孔。这样既使门通过压紧螺栓与滑块连接，使滑块带动门上下运动；又能通过压紧螺栓压紧门和开启门。
在所述锁孔块上开设有锁孔，所述锁舌的锁舌端设置有锁紧斜面，所述锁紧斜面锲入到所述锁孔中。随着锁紧斜面锲入的深度不同，门与真空炉体的密封程度也不同。
为了使锁舌能准确地插入到锁孔中，在所述门上设置有与锁舌滑动面滑动配合的滑槽。靠滑槽的限制，锁舌能平稳地插入到锁孔中。
为了使锁舌能顺利地导入到锁孔内，在所述锁孔内设置有导入轴承。
在所述锁舌驱动块上对称地开设有两条斜向的锁舌运动轨迹孔，两条斜向的锁舌运动轨迹孔成八字型结构，在每一条斜向的锁舌运动轨迹孔中穿过一靠辊，所述靠辊与所述锁舌一端连接，使锁舌与所述锁舌驱动块活动连接，依靠靠辊在所述斜向的锁舌运动轨迹孔中的运动，带动锁舌向门的两侧进行伸缩。
本发明将传统的真空焊接炉中加热装置位于真空炉体外改为将加热装置设置在真空炉体内，使热源更贴近需焊接的晶体管。同时将控制加热温度的温度传感器设置在加热装置上表面与烧结模具之间，使得烧结温度的控制更为精准，提高了烧结效率。本发明的门可以实现自动开启与关闭。
本发明与现有的隧道式焊接炉、普通真空焊接炉相比具有如下优点：
1、多管组合，独立内加热，冷却水循环冷却、生产过程全自动控制，在尽量减少能源消耗的前提下，尽量提高产品质量和生产效率。
2、本发明的内控真空焊接炉性能稳定、操作简便，生产成本大副度下降。
3、本发明的的内控真空焊接炉每管加热功率为13KVA，用电量较现有设备节俭，无用的功率消耗比较小(即热利用率比较高，在80％以上)，最主要的是：加热方式为独立式加热，需要温度到达，电耗不在继续。
4、独特内控温度方式，能尽可能检测、监控到器件所受的实际温度，控制准确，温度准确，温度容易均匀，这样使工艺流程的摸索就比较容易、可靠。
5、采用独特的烧结工艺使氮气用量直线下降，和隧道烧结炉的用量有千倍的差别(初步计算，生产同样数量的器件氮气用量最多为隧道炉的1/1000)。氮气成本几乎忽略。
6、采用循环水冷却，大大提高冷却效率，缩短个工艺时间，即提高产出效率。
7、完全自动控制，调试好以后人工只做装料、取料工作；整个升温、抽真空、充气、水冷、开门、关门等工艺流程全由计算机处理完成，十分省心，节约人工劳动成本。
8、虽然炉径小，容量小，但多管并排，在占用各种资源同样多的情况下，产量只会高不会低，并且设计炉径小更是未了温度均匀，焊接质量提高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。
图1为本发明内控真空焊接炉实施例1的结构示意图。
图2为实施例1内控真空焊接炉内部的结构示意图。
图3为实施例1内控真空焊接炉的真空炉体内部的结构示意图。
图4为实施例1内控真空焊接炉的真空系统、循环水冷却系统的框图。
图5为本发明内控真空焊接炉门部位的结构示意图。
图6为本发明内控真空焊接炉实施例2的门部位的结构示意图。
图7为本发明内控真空焊接炉实施例3的门部位的结构示意图。
图8为本发明内控真空焊接炉实施例4的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
参看图1、图2、图3、图4，内控真空焊接炉，包括真空炉体1，真空炉体1包括一真空管体11和支承真空管体11的支架12，真空管体11的径向截面形状可以为矩形、椭圆和圆形，本实施例为圆形。
在真空管体11的一端或两端设置有门3。在真空管体11的一侧设置门3，就只能从真空管体11一侧将烧结模具4送入真空管体11内进行烧结，本实施例在真空管体11两端设置门3，就可以从真空管体11的两侧实施操作，以提高生产效率。
参看图4，在真空管体11上设置真空管接头111，真空管接头111通过截止阀51及真空管路52与真空泵53连接。打开截止阀51，开启真空泵53就可以实施对真空管体11抽真空。当真空管体11内的真空度达到一定值后，即可开始烧结。
在真空管体11上还设置有充气管接头112，充气管接头112也通过一截止阀61及充气管路62与气源63连接。气源63提供氩气，在烧结完毕后，冷却前，充入一定的氩气进行保护，可以防止器件被氧化。
为了提高生产效率，需要对真空炉体实施快速冷却，因此本实施例在真空炉体11上设置有水套13，水套13直接成型在真空管体11的外筒壁上，在水套13上设置有进、出水口131、132，进、出水口131、132通过循环水管71连接循环水泵72，循环水泵72连接冷却水源。通过在水套13内循环注入冷却水，可以使烧结好的器件以及真空管体11迅速冷却。
在真空炉体11设置有加热装置14，参看图2和图3，加热装置14为电加热装置，其包括固定安装在真空炉体11内的加热板141，在加热板141中，沿加热板141的纵向开设有管孔142，电加热管143插入到这些管孔142中，这样电加热管143产生热量可以通过加热板141均匀的辐射出来，以加热烧结模具4。
在贴近加热装置的加热板141上部设置有烧结模具搁置架15，烧结模具搁置架15包括固定搁置架151和活动搁置架152，固定搁置架152为框架结构，其固定安装在真空炉体11中，纵向的两侧设置导轨153，活动搁置架152安装在固定搁置架151上并能在固定搁置架151的导轨上滑动；活动搁置架152用来放置烧结模具4。通过活动搁置架152可以方便地将烧结模具送入到真空炉体11内，或烧结完毕后从真空炉体11内取出来。
为了精确地控制烧结模具4内的烧结温度，加热装置14的温度传感器144设置在烧结模具搁置架15中，并位于加热装置14上表面与烧结模具4之间。
参看图5，本实施例的门3可以采用自动方式进行开启与关闭。具体结构如下：该门3通过一自动启闭机构安装在支架12上。
自动启闭机构包括一举升汽缸71，当然也可以使别的举升部件，如变频电机与丝杆螺母的组合，或者是电机与减速蜗轮蜗杆的组合等等。采用举升汽缸71可以与气泵连接，实现动力供给。在举升汽缸71的活塞轴711安装有一由活塞轴711带动上下移动的滑块72。滑块72为一倒T型结构，在滑块72上镶嵌有三个螺套73，在每一个螺套73内旋有一根压紧螺栓74，在每一根压紧螺栓74上套有一压缩弹簧75，压缩弹簧75可以使压紧螺栓74产生一个预紧力。在门3的外面上同样开设有三个内螺孔31，三根压紧螺栓74分别旋入到三个对应的内螺孔31中，这样既使门3通过压紧螺栓74与滑块72连接，使滑块72带动门3上下运动；又能通过压紧螺栓74压紧门3和开启门3。如向内旋转压紧螺栓74，使门3紧紧地压在真空管体11上，烧结完毕后，可以向外旋转压紧螺栓74，就可以将门3开启。
为了保证门3和滑块72在升降过程中平稳，同时能够使门3能准确地对准真空管体11的管口，在支架12上设置有向上延伸出去的两导槽件76，滑块72的底边两端限制于两导槽件76之间并可沿两导槽件76上下滑动。通过设置两导槽件，可以保持滑块72在举升汽缸71带动下，平稳地升降。
在门3的下部固定有一锁门汽缸77，或者是变频电机与丝杆螺母的组合。在锁门汽缸77的活塞轴771上固定有一锁舌驱动块78，活塞轴771带动锁舌驱动块78上下运动。
在锁舌驱动块78上对称地开设有两条斜向的锁舌运动轨迹孔781，两条斜向的锁舌运动轨迹孔781成八字型结构，在每一条斜向的锁舌运动轨迹孔中穿过一靠辊782，靠辊782与锁舌79一端连接，使锁舌79与锁舌驱动块78活动连接，依靠靠辊782在斜向的锁舌运动轨迹孔781中的运动，带动锁舌79向门3的两侧进行伸缩。
在门3上设置有与锁舌79滑动面滑动配合的滑槽。靠滑槽的限制，锁舌79能平稳地伸缩。
在真空管体11上并位于门3两侧的锁孔块8，在锁孔块8上开设有锁孔81，为了使锁舌79能顺利地导入到锁孔81内，在锁孔81内设置有导入轴承82。锁舌79的锁舌端设置有锁紧斜面791，锁紧斜面791锲入到锁孔81中。随着锁紧斜面791锲入的深度不同，门3与真空管体11的密封程度也不同。
在门3的内面和真空管体11的管口部位设置有相应的密封圈和密封槽。
上述自动启闭机构的工作原理是：当将烧结模具4推入到真空管体11后，启动举升汽缸71，举升汽缸71的活塞轴711推动滑块72连同门3一起上移。当门3移动真空管体11的管口位置后，举升汽缸71停止工作。这时启动锁门汽缸77，启动锁门汽缸77的活塞轴771推动锁舌驱动块78上移，锁舌驱动块78上移过程中，两条斜向的锁舌运动轨迹孔781通过靠辊782迫使锁舌79向门3的两侧向外伸出，锁舌79的锁舌端的锁紧斜面791逐渐锲入到锁孔81中，将门3关闭。门3关闭后，可以向内旋转压紧螺栓74，使门3紧紧地压在真空管体11上。
烧结好以后，启动锁门汽缸77，启动锁门汽缸77的活塞轴771推动锁舌驱动块78下移，锁舌驱动块78下移过程中，两条斜向的锁舌运动轨迹孔781通过靠辊782迫使锁舌79向门3的两侧向内收缩，锁舌79的锁舌端的锁紧斜面791逐渐从锁孔81抽出来，锁舌79完全从锁孔81抽出来后，向外旋转压紧螺栓74，就可以将门3开启，门3开启后，启动举升汽缸71，举升汽缸71的活塞轴711推动滑块72连同门3一起下移，使门3离开真空管体11的管口，将烧结模具拉出来，推入新的烧结模具4。
实施例2
参见图6，将门3的一侧铰链到真空管体11一侧上，而在门3的另一侧设置有一开口槽32，在真空管体11的另一侧铰链有螺栓113，螺栓113上旋有锁紧螺母114。将门3关闭后，将螺栓113卡入开口槽32中，旋紧锁紧螺母114即可。开门时，松开锁紧螺母114，向外扳出螺栓113即可将门3打开。
其余结构同实施例1。
实施例3
参见图7，在门3的周边均布若干个开口槽32，而在真空管体11的周边对应于开口槽32相应位置铰链有若干螺栓113，在每一螺栓113上旋有锁紧螺母114。将门3关闭后，将螺栓113卡入开口槽32中，旋紧锁紧螺母114即可。开门时，松开锁紧螺母114，向外扳出螺栓113即可将门3打开。
其余结构同实施例1。
实施例4，参看图8，真空管体11可以是若干个，各自独立构成若干个真空炉体。若干个真空炉体以并行排列方式排列在支架12上。
或者以多层排列方式布置在支架上，每一层的若干个真空炉体以并行排列方式排列在支架上。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (22)
1.内控真空焊接炉，包括真空炉体和门，其特征在于，在所述真空炉体设置有加热装置，在贴近加热装置的上部设置有烧结模具搁置架，所述烧结模具搁置在烧结模具搁置架上。
2.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述加热装置的温度传感器设置在所述烧结模具搁置架中，并位于加热装置上表面与烧结模具之间。
3.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述真空炉体上设置有水套，所述水套上设置有进、出水口，所述进、出水口连接冷却水源。
4.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述真空炉体上设置真空管接头，所述真空管接头通过截止阀及真空管路与真空泵连接。
5.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述真空炉体上设置有一充气管接头，充气管接头也通过一截止阀及充气管路与气源连接。
6.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述真空炉体的包括一真空管体和支承真空管体的支架，所述真空管体的一端或两端设置有门。
7.根据权利要求6所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述真空管体的径向截面形状为矩形、椭圆和圆形。
8.根据权利要求6所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述真空管体为若干个，各自独立构成若干个真空炉体；若干个真空炉体以并行排列方式排列在支架上。
9.根据权利要求6所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述真空管体为若干个，各自独立构成若干个真空炉体；若干个真空炉体以多层排列方式布置在支架上，每一层的若干个真空炉体以并行排列方式排列在支架上。
10.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述的加热装置为电加热装置。
11.根据权利要求10所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述电加热装置包括固定安装在真空炉体内的加热板和纵向插入加热板中的电加热管。
12.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述烧结模具搁置架包括固定搁置架和活动搁置架，所述固定搁置架为框架结构，其固定安装在真空炉体中，纵向的两侧设置导轨，活动搁置架安装在固定搁置架上并能在固定搁置架的导轨上滑动；所述活动搁置架用来放置烧结模具。
13.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述门的一侧铰链到真空炉体一侧上，在门的另一侧设置有一开口槽，在真空炉体的另一侧铰链有螺栓，所述螺栓上旋有锁紧螺母。
14.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述门的周边均布若干个开口槽，而在真空炉体的周边对应于开口槽相应位置铰链有若干螺栓，在每一螺栓上旋有锁紧螺母。
15.根据权利要求1所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述门通过一自动启闭机构安装在支架上，所述自动启闭机构包括一举升部件，与举升部件连接并由举升部件带动上下移动的滑块，旋接在所述滑块上的压紧螺栓，设置在压紧螺栓上的压缩弹簧，固定在门上的锁门汽缸，与所述锁门汽缸的活塞轴连接并依靠活塞轴进行升降的锁舌驱动块，与锁舌驱动块连接并由锁舌驱动块驱动向两侧伸缩的锁舌，固定在真空炉体上并位于门两侧的锁孔块，所述锁舌与所述锁孔块相互咬合与分离，实现门的锁闭与开启。
16.根据权利要求15所述的内控真空焊接炉，其特征在于，所述举升机构为一举升汽缸。
17.根据权利要求15所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述支架上设置有向上延伸出去的两导槽件，所述滑块限制于两导槽件之间并可沿两导槽件上下滑动。
18.根据权利要求15所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述滑块上固定有若干螺套，所述每一压紧螺栓旋过所述对应的螺套；在所述门的外表面上开设有若干内螺孔，所述压紧螺栓旋入对应的内螺孔。
19.根据权利要求15所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述锁孔块上开设有锁孔，所述锁舌的锁舌端设置有锁紧斜面，所述锁紧斜面锲入到所述锁孔中。
20.根据权利要求15所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述门上设置有与锁舌滑动面滑动配合的滑槽。所述锁舌安装在所述滑槽中。
21.根据权利要求19所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述锁孔内设置有导入轴承。
22.根据权利要求15所述的内控真空焊接炉，其特征在于，在所述锁舌驱动块上对称地开设有两条斜向的锁舌运动轨迹孔，两条斜向的锁舌运动轨迹孔成八字型结构，在每一条斜向的锁舌运动轨迹孔中穿过一靠辊，所述靠辊与所述锁舌一端连接，使锁舌与所述锁舌驱动块活动连接。
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