CN103313527B - 一种用于回流焊接的过炉治具 - Google Patents

一种用于回流焊接的过炉治具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在回流焊接过程中承载印刷电路板、覆铜基板以及引线框阵列的过炉治具,所述过炉治具包括:载板,在所述载板上设置有多个用于定位固定所述印刷电路板和覆铜基板的卡孔以及用于定位固定所述引线框阵列的卡槽,并且在被所述引线框阵列覆盖的在所述卡孔之外的区域上设置多个磁性触点;以及磁性盖体,其被用于在吸附于所述磁性触点时向处于所述磁性盖体与所述载板之间的引线框阵列施加压力使其固定。

Description

一种用于回流焊接的过炉治具
技术领域
[0001]本发明涉及半导体模块制作,并且更具体地涉及用于回流焊接的过炉治具。
背景技术
[0002]回流焊接技术是电子制造领域中常用的技术,各类电子设备中的各种板卡上的元件都是通过这种工艺焊接到线路板上的。简单来说,回流焊接就是通过提供一种加热环境,例如将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板,使焊锡膏受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠地结合在一起。根据技术的发展,其可分为:气相回流焊、红外回流焊、远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。另夕卜,根据焊接的特殊需要,还可以提供充氮的回流焊炉。目前比较流行和实用的大多是远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。这种工艺的优势是温度易于控制,能够在焊接过程中避免氧化,制造成本也更容易控制。
[0003] 智能功率模块(IPM)是Intelligent Power Module的缩写,是一种先进的功率开关器件,其同时具有GTR(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点,以及MOSFET (场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点,在电力电子领域得到了越来越广泛的应用。
[0004]在半导体智能功率模块的生产工艺中,很多产品需要在覆铜基板(DBC)和PCB上贴片,然后跟引线框在过炉治具上组合之后进行回流焊接。但是因为在长期的生产过程中用于回流焊接的过炉治具会有不可避免的磨损或污染,而且引线框也常常会存在一定的翘曲,因此在过炉治具上组合之后,引线框与覆铜基板及PCB之间的引脚不能完全紧贴导致经过回流焊接后容易出现引脚开路或虚焊的问题。
[0005]在现有生产工艺中,主要通过控制过炉治具的凸台高度设计以及对该治具的定期清洗维护来确保引线框与覆铜基板及PCB能够保持紧贴。然而,这样的治具通常是专用的,可能对于一种电路板就需要专门设计一种治具,需要花费较大的成本和人力来制作、维护和管理。定期清洗治具也不能很明显的提高产品的报废率,并且也是需要花费很多额外的精力。
[0006]因此,对于能够有助于得到引线框与覆铜基板及PCB之间的引脚在经历回流焊接前后都保持紧贴的普遍适用的过炉治有很大的需求。
发明内容
[0007]为实现上述目的,本发明提供了一种用于在回流焊接过程中承载印刷电路板、覆铜基板以及引线框阵列的过炉治具,所述过炉治具包括:载板,在所述载板上设置有多个用于定位固定所述印刷电路板和覆铜基板的卡孔以及用于定位固定所述引线框阵列的卡槽,并且在被所述引线框阵列覆盖的在所述卡孔之外的区域上设置多个磁性触点;以及磁性盖体,其被用于在吸附于所述磁性触点时向处于所述磁性盖体与所述载板之间的引线框阵列施加压力使其固定。
[0008]优选地,所述引线框阵列包括多个引线框单元,并且对应每个所述引线框单元设置一个或多个所述磁性触点。
[0009]优选地,所述磁性触点在所述载板上对应每个所述引线框单元在回流焊接过程中容易产生翘曲的位置而设置。
[0010]优选地,所述磁性触点在载板上以直线形式排列布置。
[0011 ]优选地,所述磁性盖体包括对应吸附多个磁性触点的第一磁性盖体和/或对应吸附单个磁性触点的第二磁性盖体。
[0012]优选地,所述第一磁性盖体呈长条形以同时吸附处于同一条直线上的多个磁性触点。
[0013]优选地,所述磁性盖体被设置为不覆盖所述卡孔所在的区域。
[0014] 优选地,所述磁性触点通过将磁性材料嵌入固定在所述载板上预定位置处的凹孔中而形成。
[0015]优选地,当所述引线框单元在回流焊接过程中容易产生翘曲的位置相对载板表面凸起时,与该位置对应的磁性触点相对于所述载板表面凸起设置;并且所述磁性触点相对于所述载板表面凸起的高度大体上等于所述引线框阵列的凸起高度。
[0016]优选地,在所述载板表面上围绕所述磁性触点的凸起部分设置有与对应的磁性盖体所覆盖的区域大体上一致的具有相同凸起高度的磁性材料。
[0017]优选地,在所述载板上还设置有多个用于在所述回流焊接过程中抵消热膨胀所引起的应力的通孔,并且所述通孔以直线形式排列在所述卡孔两侧。
[0018]优选地,所述磁性材料为耐高温磁铁。
[0019]本发明所提供的过炉治具结构简单、制作方便,其通过采用磁性构件来施加额外的压力而确保制造智能功率模块所需的印刷电路板、覆铜基板以及引线框阵列在过回流焊期间保持紧密贴合,从而有效地减少了虚焊和引脚开路的风险,降低产品的报废率并且显者提尚广品质量。
附图说明
[0020]以下将结合附图和实施例,对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
[0021]图1是根据本发明的一个实施例的过炉治具的载板的立体图。
[0022]图2是根据本发明的一个实施例的过炉治具的载板的俯视图。
[0023]图3是装有印刷电路板、覆铜基板以及引线框阵列的图2的载板的示意图。
[0024]图4示出根据本发明的一个实施例的过炉治具的载板与磁性盖体配合使用的情形。
具体实施方式
[0025]为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂,以下结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。需要说明的是,附图中的各结构只是示意性的而不是限定性的,以使本领域普通技术人员能够最佳地理解本发明的原理,其不一定按比例绘制。
[0026]图1是根据本发明的一个实施例的过炉治具的载板的立体图。本发明所提供的过炉治具主要被用于在回流焊接过程中承载制造诸如智能功率模块等器件所需要的印刷电路板(PCB)、覆铜基板(DBC)以及引线框阵列,其主要包括载板和磁性盖体两个部分,在图1中示出了示意性的载板110。当对印刷电路板、覆铜基板以及引线框阵列进行回路焊接之前,首先将它们对应布置在载板110上。
[0027] 如图1所示,载板110上设置有多个用于定位固定PCB和DBC的卡孔102,这些卡孔可以预定间隔被排列在载板中部的一条直线上,以便于与引线框阵列所包括的多个引线框单元相匹配,这将在下文中说明。在后面的图3及图4中示出了PCB和DBC被置入卡孔102的情形。参照图3,PCB被置于卡孔102的上部,而DBC紧挨PCB被置于卡孔102的下部,卡孔102的轮廓对应地与其所接触的PCB和DBC的部分大体上一致以使得PCB和DBC能够被牢固地卡在其中。如本领域的技术人员所熟知的那样,在回流焊接过程中常常会使用助焊剂并且将产生诸如锡渣等的废料,这样的卡孔设计将使得这些废料可以及时被排出而不会对PCB和DBC造成污染。
[0028]在载板110上还设置有用于定位固定引线框阵列的卡槽103,其面积与将被置于其中的引线框阵列大体上相同以牢固地卡持引线框阵列。参照图3,引线框阵列被标识为301,其由多个引线框单元构成,每个引线框单元都具有相同的构造并且分别对应于一组PCB和DBC。也就是说,每个引线框单元所覆盖的位置与每个卡孔102对准。当引线框阵列301被置于卡槽103中时,其一般将覆盖载板表面的绝大部分面积,并且每个引线框单元的引脚对应地与PCB和DBC的引脚贴合。
[0029]为保证引脚之间的充分贴合以及避免引线框阵列上的其他引脚的翘曲,在本发明的过炉治具的载板上设置有多个磁性触点,这次磁性触点在图1中被标识为101。可以例如通过将磁性材料嵌入固定在所述载板上预定位置处的凹孔中来形成这些磁性触点,所述磁性材料诸如为耐高温磁铁。具体而言,可以首先确定要布置磁性触点的位置,进而在载板上的这些位置处开凿凹孔,最后通过外力挤压使得磁性材料嵌入凹孔中。为使得磁性材料可以紧固于载板110上,还可以在形成凹孔之后进一步在凹孔侧壁均匀打点,使得被挤入凹孔的磁性材料更加牢固地嵌在载板中而不会脱落。然而,应理解的是可以采用相关领域的技术人员所熟知的任何其他方式来形成这样的磁性触点。
[0030]如图1所示,磁性触点101—般被设置在引线框阵列所覆盖的、在卡孔102之外的载板区域上,并且优选地为对应该引线框阵列所包括的引线框单元来设置。在一些实施例中,磁性触点101对应每个引线框单元在回流焊接过程中容易产生翘曲的位置被设置在载板上。优选地,考虑引线框阵列所包含的各个引线框单元一般都具有完全相同的构造,与其对应的磁性触点的分布也具有相应的对称性,因而可以直线形式来排列布置所述多个磁性触点101。也就是说,处在相对于每个引线框单元的同一方位上的磁性触点可以被排成一条直线,从而形成一种相对均匀的分布。可以参照图2和图3来更形象地说明磁性触点所在的位置与引线框阵列的对应关系。
[0031]图2是根据本发明的一个实施例的过炉治具的载板的俯视图。与图1中的载板110相似,图2的载板210包括磁性触点201、卡孔202以及卡槽203,并且它们被设置在与图1所示相似的位置上。图3示出了印刷电路板、覆铜基板以及引线框阵列同时被装入图2的载板中的情形。如图3所示,当引线框阵列301被置于载板310中时,磁性触点所在的位置均被其覆盖,并且可以看出,这些位置均大体上为引线框阵列上需要特别加固的位置。根据本发明的过炉治具还将提供磁性盖体,其在使用中将间隔引线框阵列而吸附于这些磁性触点,从而在这些位置上向引线框阵列提供足够的压力使其能够牢牢固定在载板上。将在下文中结合图4来详细说明磁性盖体。
[0032]根据各种引线框单元的不同构造,可以将磁性触点设置为与载板表面齐平或者相对载板表面凸起一定高度。返回参照图1,在该图中同时示出了这两种情况。在引线框单元的容易产生翘曲的部分需要紧贴载板表面布置的情况下,可以相应地将磁性触点设置为与载板表面齐平,诸如图1中靠左侧的那排磁性触点101。当包含在本发明的过炉治具中的磁性盖体吸附于这样的磁性触点时,所产生的压力将使对应的引线框阵列更好地与载体表面贴合。当引线框单元在回流焊接过程中容易产生翘曲的位置需要相对载板表面凸起时,可以将与该位置对应的磁性触点也相对于载板表面凸起设置,并且使其相对于载板表面凸起的高度大体上等于引线框单元的凸起高度,诸如图1中靠右侧的那排磁性触点101。
[0033]当所述磁性盖体吸附于这样的磁性触点时,所产生的压力将使对应的引线框阵列很好地固定在距载板表面这一高度的位置上。在这种情况下,还可以在载板表面上围绕磁性触点的凸起部分设置与对应的磁性盖体所覆盖的区域大体上一致的具有相同凸起高度的磁性材料,如图1所示。可以对应地参照图4,其示出根据本发明的一个实施例的过炉治具的载板与磁性盖体配合使用的情况。在图4中,磁性盖体422被示出为大体上呈正方形。可以容易地理解,当其所吸附的磁性触点具有如图1所示的凸起结构以及围绕其的额外的磁性材料时,磁性盖体422整体上可以得到稳定的支持,不会因为其与磁性触点的表面积差而在边缘区域产生没有支持的不稳定状况。对于表面齐平的情况,盖体422的超过磁性触点的部分可以由载体本身来支持,因此也将是稳固。应注意的是,布设在凸起的磁性触点周围的材料不必须是磁性材料,其可以为大体上任何耐高温的材料。
[0034]应注意的是,虽然在图1和图2中将每个磁性触点都示出为圆形并且具有大体上相同的尺寸,但实际上磁性触点的形状和尺寸可以根据实际所制作的器件或者引线框阵列的构造来设定,而不受附图的限制。一般而言,磁性触点的形状和尺寸应选择为足以固定相应的引线框阵列,并且不影响PCB和DBC的布置。
[0035]另外,在本发明的一些实施例中还可以在载板上设置多个用于在回流焊接过程中抵消热膨胀所引起的应力的通孔,所述通孔在图1和图2中分别被示出为104和204。在图1所示的实施例中,这样的通孔以直线形式排列在卡孔102、202两侧。
[0036]现在结合图4来具体说明包含在本发明的过炉治具中的磁性盖体,其被用于在吸附于所述磁性触点时向处于该磁性盖体与载板之间的引线框阵列施加压力使其固定。可以容易地理解,应选择能够与形成磁性触点的材料相吸引的磁性材料来制作所述磁性盖体。如图1和图2所示,磁性触点被分散地布置在载板上,因而磁性盖体可以包括分别吸附单个磁性触点的多个第二磁性盖体422,即盖体与触点一一对应。另外,磁性盖体还可以包括对应吸附多个磁性触点的第一磁性盖体421。例如,在多个磁性触点如前所述处在一条直线上时,第一磁性盖体421可以被设置为长条形以同时吸附这多个磁性触点。然而,为了不对结构相对复杂的PCB和DBC产生影响,一般将磁性盖体设置为不覆盖所述卡孔所在的区域。应注意的是,图4所示的长条形第一磁性盖体421以及正方形的第二磁性盖体422均是示意性的,磁性盖体的形状、尺寸以及覆盖单个还是多个触点均可以根据需要灵活地进行选择。
[0037]以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明,这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用,而非对本发明的限制,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种用于在回流焊接过程中承载印刷电路板、覆铜基板以及引线框阵列的过炉治具,其特征在于,所述过炉治具包括: 载板,在所述载板上设置有多个用于定位固定所述印刷电路板和覆铜基板的卡孔以及用于定位固定所述引线框阵列的卡槽,并且在被所述引线框阵列覆盖的在所述卡孔之外的区域上设置多个磁性触点,所述引线框阵列包括多个引线框单元;以及 磁性盖体,其被用于在吸附于所述磁性触点时向处于所述磁性盖体与所述载板之间的引线框阵列施加压力使其固定, 当所述引线框单元在回流焊接过程中容易产生翘曲的位置相对载板表面凸起时,与该位置对应的磁性触点相对于所述载板表面凸起设置;并且所述磁性触点相对于所述载板表面凸起的高度大体上等于所述引线框单元的凸起高度, 在所述载板上还设置有多个用于在所述回流焊接过程中抵消热膨胀所引起的应力的通孔,并且所述通孔以直线形式排列在所述卡孔两侧。
2.如权利要求1所述的过炉治具,其特征在于,对应每个所述引线框单元设置一个或多个所述磁性触点。
3.如权利要求2所述的过炉治具,其特征在于,所述磁性触点在所述载板上对应每个所述引线框单元在回流焊接过程中容易产生翘曲的位置而设置。
4.如权利要求3所述的过炉治具,其特征在于,所述磁性触点在载板上以直线形式排列布置。
5.如权利要求4所述的过炉治具,其特征在于,所述磁性盖体包括对应吸附多个磁性触点的第一磁性盖体和/或对应吸附单个磁性触点的第二磁性盖体。
6.如权利要求5所述的过炉治具,其特征在于,所述第一磁性盖体呈长条形以同时吸附处于同一条直线上的多个磁性触点。
7.如权利要求1-6中任何一项所述的过炉治具,其特征在于,所述磁性盖体被设置为不覆盖所述卡孔所在的区域。
8.如权利要求1所述的过炉治具,其特征在于,所述磁性触点通过将磁性材料嵌入固定在所述载板上预定位置处的凹孔中而形成。
9.如权利要求1所述的过炉治具,其特征在于,在所述载板表面上围绕所述磁性触点的凸起部分设置有与对应的磁性盖体所覆盖的区域大体上一致的具有相同凸起高度的磁性材料。
10.如权利要求9所述的过炉治具,其特征在于,所述磁性材料为耐高温磁铁。
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