CN102700275A - 一种带腔体器件焊膏印刷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带腔体器件焊膏印刷的方法，通过制作与器件腔体相配合的网板凸台进行焊膏印刷，并配合升降基台采用大尺寸刮刀在网板凸台上表面移动的方式实现腔体底部图形焊膏的印刷，其中网板凸台是由带凸台的薄钢板与印刷网板拼接而成，对于带腔体器件的焊膏印刷，本发明方法可以有效避免刮刀在凸台底部直接进行焊膏印刷时印刷质量难以保证的问题，实现了带腔体器件底部金属图形精确印刷焊膏，操作简便，焊膏印刷质量高、印刷效率高，适用于批量带腔体器件的焊膏印刷。

Description

一种带腔体器件焊膏印刷的方法

技术领域

本发明涉及一种带腔体器件焊膏印刷的方法，适用于航空航天用高可靠电子组件及MEMS封装元件表面帖装工艺，属于印刷电路和电子元件封装领域，

背景技术

当前我国航天工程和新一代武器装备对电子电路封装效率的要求越来越高。而在电子电路中通常使用电容元件达到去耦和滤波的目的。尤其对于MEMS封装，器件内部通常需要集成多个芯片及阻容元件，这往往导致整个混合器件的面积过大，在板级组装时则会占用PCB板过多的空间，使得系统的性能及集成度下降。因此，与单片集成电路不同，在进行MEMS器件及其它电子组件封装时，必须考虑充分利用三维空间进行立体封装。目前，许多MEMS器件的封装都充分利用的陶瓷外壳的上下两面进行立体封装，上表面封装主体芯片(如加速度计芯片)和其它辅助芯片，而下表面则封装阻容元件及其它表贴元件，这就大大提高了封装效率，使得整个器件的占用面积显著降低。

如上所述，在进行MEMS器件及其它电子电路封装时通常需要进行阻容元件的表面帖装，并且还可能需要表贴部分微小电路(如QFN、QFP等)。阻容元件及微小电路通常放置于下表面，由于下表面还需要进行板级组装，因此外壳的下表面往往需要制作成腔体的形式。而阻容元件及微小电路的表面帖装必须进行焊膏印刷，传统意义上的焊膏印刷需要将已加工好的网板与焊盘位置一一对应并贴实，然后采用刮刀以一定的速度和压力将焊膏印刷至外壳的金属焊盘上，最后将元件精确帖装后放入回流炉中进行回流。但是对于腔体内部金属焊盘表面的焊膏印刷，采用传统焊膏印刷方式则难以实现，主要有以下两方面的问题：1)网板需与腔体式外壳匹配，即需要加工腔体式的网板；2)腔体较小，需要加工与腔体尺寸匹配的刮刀，使刮刀可下至腔体底部进行焊膏印刷，操作难度很大。并且由于腔体底部空间有限，焊盘上印刷焊膏的一致性难以保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种带腔体器件焊膏印刷的方法，采用网板凸台和升降基台对带腔体器件底部金属图形精确印刷焊膏，操作简便，焊膏印刷质量高、印刷效率高，适用于批量带腔体器件的焊膏印刷。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种带腔体器件焊膏印刷的方法，包括如下步骤：

(1)将带腔体器件放置于升降基台的中心位置，并利用升降基台上对称设置的四个定位滑块对带腔体器件进行夹紧固定；

(2)将网板凸台放置于上盖与下盖之间并连接为一个整体，其中网板凸台由钢板和网板拼接而成，网板位于钢板形成的中间开口的底部，并与钢板中间开口四周的薄壁凸起连接，网板的尺寸与带腔体器件的腔体尺寸相匹配；

(3)将网板凸台与上盖、下盖形成的连接体放置于升降基台的上方，使网板凸台的凸起部分嵌入到带腔体器件的腔体中，通过微调网板凸台的位置使网板的图形与带腔体器件的腔体底部图形对准并贴实，并将网板凸台与上盖、下盖固定在升降基台上；

(4)利用刮刀将焊膏填入网板凸台与带腔体器件的腔体形成的凹槽中，直至填满，其中刮刀的长度大于腔体的长度，保证刮刀移动时不会陷入腔体中，然后用刮刀将焊膏压入腔体底部金属图形的正上方；

(5)下压升降基台进行脱模，取走上盖和下盖固定的网板凸台，印入的焊膏留在腔体底部金属图形正上方。

在上述带腔体器件焊膏印刷的方法中，步骤(3)中将网板凸台与上盖、下盖形成的连接体放置于升降基台的上方，并使下盖上的两个定位孔分别穿过升降基台两端的两个定位梢，当网板的图形与带腔体器件的腔体底部图形对准并贴实后，采用螺钉分别穿过上盖、网板凸台、下盖及升降基台边缘的螺纹孔，进行拧紧固定。

在上述带腔体器件焊膏印刷的方法中，步骤(4)中的焊膏为共晶焊膏，共晶焊膏为助焊剂与63Sn37Pb金属颗粒的混合物。

在上述带腔体器件焊膏印刷的方法中，步骤(2)中组成网板凸台的钢板为经精密机械加工的薄钢板，厚度为1.0～2.5mm，网板为经激光加工的薄型网板，厚度为0.1～0.3mm。

在上述带腔体器件焊膏印刷的方法中，步骤(3)中也可以通过移动定位滑块实现带腔体器件的微调，保证网板的图形与带腔体器件的腔体底部图形对准并贴实。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明针对带腔体器件焊膏印刷难以实现的问题，设计了精确印刷焊膏的装置，包括网板凸台，固定网板的上、下盖，固定网板凸台与带腔体器件的可升降基台，通过制作与器件腔体相配合的网板凸台进行焊膏印刷，并配合升降基台采用大尺寸刮刀在网板凸台上表面移动的方式，实现了对带腔体器件底部金属图形精确印刷焊膏，操作简便，焊膏印刷质量高；

(2)本发明采用的专用网板凸台与器件的腔体式外壳相匹配，网板凸台由薄钢板和网板拼接而成，网板位于钢板形成的中间开口的底部，并与钢板中间开口四周的薄壁凸起连接，网板的尺寸与带腔体器件的腔体尺寸相对应，凸台的高度与腔体的深度相对应，通过网板凸台嵌入带腔体器件的腔体中，实现网板图形与带腔体器件的腔体底部图形精确对准；

(3)本发明的专用升降基台用于固定网板凸台与带腔体器件，网板凸台通过与上盖和下盖连接后可以固定在升降基台上，并可以通过微调网板凸台的位置使网板的图形与腔体底部图形精确对准，也可以通过移动升降基台的定位滑块微调带腔体器件的位置，实现网板的图形与腔体底部图形精确对准；

(4)本发明使用的刮刀长度大于腔体的长度，保证在印刷过程中刮刀不会陷入腔体中，有效避免刮刀在凸台底部直接进行焊膏印刷时印刷质量难以保证的问题；

(5)本发明彻底解决了带腔体器件腔体内部金属焊盘表面的焊膏印刷，由于腔体体积小、底部空间有限造成的印刷操作难度大、焊盘上印刷焊膏的一致性难以保证的缺陷，不仅大大简化了工艺过程，提高了焊膏印刷质量，并且提高了焊膏印刷速度和效率，适用于批量带腔体器件的焊膏印刷。

附图说明

图1为本发明采用的网板凸台的结构示意图；

图2A为本发明固定网板凸台的上盖结构示意图；

图2B为本发明固定网板凸台的下盖结构示意图；

图3为本发明采用的升降基台的结构示意图；

图4为本发明焊膏印刷方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本实施例中进行焊膏印刷的带腔体陶瓷器件11的腔体尺寸为长14.1mm，宽9.0mm，深度1.5mm。为保证网板凸台10与陶瓷器件腔体11相匹配，精密机械加工的薄型钢板1凸台部位的尺寸为长13.9mm，宽8.8mm，高度1.38mm，而激光加工的薄型网板2尺寸为长13.9mm，宽8.8mm，厚度0.12mm，薄型钢板1与网板2拼接形成网板凸台10，网板2位于薄型钢板1形成的中间开口的底部，并与钢板1中间开口四周的薄壁凸起连接，凸台的高度与腔体的深度相匹配，通过网板凸台10嵌入带腔体器件11的腔体中，实现网板图形与带腔体器件的腔体底部图形精确对准，如图1所示为本发明采用的网板凸台的结构示意图。

薄型钢板1的外形尺寸为长98mm，宽98mm，厚度1.5mm，其外形尺寸与上盖3、下盖4的外形尺寸一致。将拼接好的网板凸台10放置于上盖3与下盖4之间，凸台朝下(即下盖4方向)，通过上盖3、下盖4四边的夹紧螺钉可以将上盖3、网板凸台10和下盖4拧紧固定，保证网板凸台10与上盖3、下盖4的相对位置始终保持不变，如图2A为本发明固定网板凸台的上盖结构示意图，图2B为本发明固定网板凸台的下盖结构示意图，由图可知上盖3和下盖4的边缘上均开有螺纹孔，且下盖4的边缘还对称设置有两个定位孔5。

将网板凸台10与上该3、下盖4形成的整体放置于升降基台6的正上方，如图3所示为本发明采用的升降基台的结构示意图，升降基台6设置在四个立柱7上，升降基台6上方的外缘尺寸与下盖4的内缘尺寸一致，并且升降基台6两侧各有一个定位梢9，分别对应下盖4上的两个定位孔5，从而保证升降基台6升降过程中网板凸台10与升降基台6的相对位置始终保持不变。通过微调网板凸台10的位置可以使网板2的图形与带腔体器件11的腔体底部图形对准并贴实，之后采用螺丝将上盖3、网板凸台10与下盖4拧紧固定在升降基台6上。升降基台6的四边还设置有四个定位滑块8，带腔体陶瓷器件11利用升降基台6上的四个定位滑块8进行夹紧固定，通过移动定位滑块8可以实现器件位置的微调，保证网板凸起部位嵌入到器件腔体中，使得网板开口图形与腔体底部的金属图形精确对准。

网板凸台10与腔体底部图形精确对准并贴实后，利用金属刮刀13将一定量的共晶焊膏14(合金成份为63Sn37Pb)填入网板凸台10与器件11形成的凹槽中直至填满，共晶焊膏14为助焊剂与63Sn37Pb金属颗粒的混合物，具有一定的黏度。然后将刮刀13以一定的速度和压力在薄型钢板1上表面移动，并将焊膏14压入腔体底部金属图形的正上方，刮刀13长度为35mm，大于腔体的长度，保证其在印刷过程中不会陷入腔体中。然后，下压升降基台6进行脱模，网板凸台10与带腔体陶瓷器件11分离，取走上盖3、下盖4固定的网板凸台10，适量的焊膏留在腔体底部金属图形正上方，即为印入的焊膏12，如图4所示为本发明焊膏印刷方法示意图。

本实施例焊膏印刷方法的具体步骤如下：

步骤一、将带腔体陶瓷器件11放置于升降基台6的中心位置，并利用升降基台6上对称设置的四个定位滑块8对带腔体陶瓷器件11进行夹紧固定；

步骤二、将网板凸台10放置于上盖3与下盖4之间并连接为一个整体；

步骤三、将网板凸台10与上盖3、下盖4形成的连接体放置于升降基台6的正上方，使网板凸台10的凸起部分嵌入到带腔体陶瓷器件11的腔体中，通过微调网板凸台10的位置使网板2的图形与带腔体器件11的腔体底部图形对准并贴实，并将网板凸台10与上盖3、下盖4固定在升降基台6上；

步骤四、利用金属刮刀13将一定量助焊剂与63Sn37Pb金属颗粒形成的共晶焊膏14填入网板凸台10与带腔体陶瓷器件11的腔体形成的凹槽中，直至填满，然后用金属刮刀13以一定的速度和压力将共晶焊膏14压入腔体底部金属图形的正上方；

步骤五、下压升降基台6进行脱模，取走上盖3和下盖4固定的网板凸台10，印入的焊膏12留在腔体底部金属图形正上方。

上述步骤三中也可以通过移动定位滑块8实现带腔体陶瓷器件11位置的微调，或者同时微调网板凸台10的位置与带腔体陶瓷器件11的位置，从而保证网板2的图形与带腔体陶瓷器件11的腔体底部图形对准并贴实。

本发明焊膏印刷方法适用于进行MEMS(微电子机械系统)器件腔体内部的阻容元件及QFN等微小元件的表面帖装，也适用于其他带腔体器件的焊膏印刷。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种带腔体器件焊膏印刷的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将带腔体器件(11)放置于升降基台(6)的中心位置，并利用升降基台(6)上对称设置的四个定位滑块(8)对带腔体器件(11)进行夹紧固定；

(2)将网板凸台(10)放置于上盖(3)与下盖(4)之间并连接为一个整体，其中网板凸台(10)由钢板(1)和网板(2)拼接而成，网板(2)位于钢板(1)形成的中间开口的底部，并与钢板(1)中间开口四周的薄壁凸起连接，网板(2)的尺寸与带腔体器件(11)的腔体尺寸相匹配；

(3)将网板凸台(10)与上盖(3)、下盖(4)形成的连接体放置于升降基台(6)的上方，使网板凸台(10)的凸起部分嵌入到带腔体器件(11)的腔体中，通过微调网板凸台(10)的位置使网板(2)的图形与带腔体器件(11)的腔体底部图形对准并贴实，并将网板凸台(10)与上盖(3)、下盖(4)固定在升降基台(6)上；

(4)利用刮刀(13)将焊膏(14)填入网板凸台(10)与带腔体器件(11)的腔体形成的凹槽中，直至填满，其中刮刀(13)的长度大于腔体的长度，保证刮刀(13)移动时不会陷入腔体中，然后用刮刀(13)将焊膏(14)压入腔体底部金属图形的正上方；

(5)下压升降基台(6)进行脱模，取走上盖(3)和下盖(4)固定的网板凸台(10)，印入的焊膏(12)留在腔体底部金属图形正上方。

2.根据权利要求1所述的一种带腔体器件焊膏印刷的方法，其特征在于：所述步骤(3)中将网板凸台(10)与上盖(3)、下盖(4)形成的连接体放置于升降基台(6)的上方，并使下盖(5)上的两个定位孔(5)分别穿过升降基台(6)两端的两个定位梢(9)，当网板(2)的图形与带腔体器件(11)的腔体底部图形对准并贴实后，采用螺钉分别穿过上盖(3)、网板凸台(10)、下盖(4)及升降基台(6)边缘的螺纹孔，进行拧紧固定。

3.根据权利要求1所述的一种带腔体器件焊膏印刷的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的焊膏(14)为共晶焊膏，共晶焊膏为助焊剂与63Sn37Pb金属颗粒的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种带腔体器件焊膏印刷的方法，其特征在于：所述步骤(2)中组成网板凸台(10)的钢板(1)为经精密机械加工的薄钢板，厚度为1.0～2.5mm，网板(2)为经激光加工的薄型网板，厚度为0.1～0.3mm。

5.根据权利要求1所述的一种带腔体器件焊膏印刷的方法，其特征在于：所述步骤(3)中也可以通过移动定位滑块(8)实现带腔体器件(11)的微调，保证网板(2)的图形与带腔体器件(11)的腔体底部图形对准并贴实。

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