CN103327751B

CN103327751B - Pcb的固定加热装置、引线键合装置及其引线键合方法

Info

Publication number: CN103327751B
Application number: CN201210071579.1A
Authority: CN
Inventors: 刘晓明; 张小键; 朱煜珂; 龚平; 王建新; 郁琦
Original assignee: Wuxi China Resources Micro Assembly Tech Ltd
Current assignee: Wuxi China Resources Micro Assembly Tech Ltd
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: CN103327751A

Abstract

本发明提供一种PCB（印刷电路板）的固定加热装置、引线键合装置及其引线键合方法，属于封装技术领域。该固定加热装置用于印刷电路板的引线键合，其包括：压板（110）以及位于所述压板之下的加热块（120）；通过所述压板（110）与加热块（120）将所述印刷电路板（900）夹持固定并加热。所述固定加热装置可拆卸地固定在所述金线键合机的引线框索引导轨（131）的焊接区（138）上，所述印刷电路板（900）在所述焊接区（138）上被所述固定加热装置集中加热。该引线键合装置兼容对PCB进行引线键合，焊接强度高，可靠性好。

Description

PCB 的固定加热装置、引线键合装置及其引线键合方法

技术领域

本发明属于封装技术领域，涉及PCB（印刷电路板）的封装键合，由于涉及用于在引线键合的焊接之前对PCB固定加热的固定加热装置、包括该固定加热装置的引线键合装置及其引线键合方法。

背景技术

在半导体封装工艺过程中，对于需要采用印刷电路板（PCB）作为驱动的半导体芯片封装过程中，通常在PCB上做引线键合，例如，半导体功率模块的封装过程中，通常对于PCB、DBC（直接键合铜）基板、引线框以及功率芯片进行封装。在对PCB进行引线键合的过程中，通常使用传统的引线键合方法，即热超声焊接的方法将引线与PCB焊接连接。

对于传统的引线键合方法，其热超声焊接是基于引线框表面和芯片表面之间的焊接而设计的。而对于引线框，其一般采用铜或者铁镍等金属材质，导热性比较好，能比较容易形成合金区，从而容易确保引线键合的焊接强度。为降低设备成本并提高引线键合效率，基于PCB的引线键合以及基于引线框的引线键合是在同一套引线键合装置上完成，例如使用相同的金线键合机。

但是，若直接对PCB作引线键合工艺， PCB的导热性差，PCB的预定键合区域的温度经常不足，进而导致键合时原子间活性不足，不利于合金区的形成，最终导致PCB的引线键合的焊接强度不足，封装可靠性低。

另外，PCB相对体积较大，容易在引线键合过程中产生震动，导致焊接产生问题，这样，对引线键合的焊接强度提出了相对更高的要求。

有鉴于此，有必要对现有技术的引线键合装置进行改进以使其同时适用于PCB的引线键合工艺。

发明内容

本发明的目的在于，提高PCB的引线键合的焊接强度。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。

按照本发明的一方面，提供一种印刷电路板的固定加热装置，用于印刷电路板的引线键合，所述固定加热装置包括：

压板，以及

位于所述压板之下的加热块；

其中，通过所述压板与加热块将所述印刷电路板夹持固定并加热。

按照本发明一实施例的固定加热装置，其中，所述压板包括按压部以及所述按压部两端连接的定位部，所述按压部相对所述定位部向所述印刷电路板下凹设置。

在之前所述实施例的固定加热装置中，较佳地，在所述压板的相向于所述印刷电路板的一面上设置有顶脚。

在之前所述实施例的固定加热装置中，较佳地，所述压板的按压部上设置有开口。

在之前所述实施例的固定加热装置中，较佳地，所述压板的定位部上设置有定位孔。

按照本发明又一实施例的固定加热装置，其中，所述加热块上设置有用于吸附所述印刷电路板的真空吸附孔与真空导槽，所述真空导槽与所述真空吸附孔连通。

按照本发明还一实施例的固定加热装置，其中，所述印刷电路板为半导体功率模块中应用的印刷电路板，该半导体功率模块还包括封装中使用的直接键合铜基板。

在之前所述任一实施例的固定加热装置中，较佳地，所述加热块包括述印刷电路板接触部和直接键合铜基板接触部。

在之前所述任一实施例的固定加热装置中，较佳地，所述加热块上设置有用于定位固定所述加热块的定位孔和定位槽。

按照本发明的又一方面，提供一种印刷电路板的引线键合装置，包括金线键合机，还包括以上所述及的任一种固定加热装置；

其中，所述固定加热装置可拆卸地固定在所述金线键合机的引线框索引导轨的焊接区上，所述印刷电路板在所述焊接区上被所述固定加热装置集中加热。

按照本发明一实施例的引线键合装置，其中，所述引线框索引导轨包括预热温区，所述印刷电路板从所述预热温区索引传递至所述焊接区。

在之前所述实施例的引线键合装置中，较佳地，在所述引线框索引导轨上设置有用于将所述压板相应地定位固定在所述加热块之上的窗口夹具。

按照本发明还一方面，提供一种使用以上所述引线键合装置对印刷电路板进行引线键合的方法，在该方法中，在引线键合的焊接之前，所述压板与加热块将所述印刷电路板夹持固定并加热至预定温度。

较佳地，所述预定温度的范围为190℃至210℃。

较佳地，在加热至预定温度之前，所述印刷电路板（900）在所述引线框索引导轨上传递至其焊接区的过程中，对所述印刷电路板进行预热。

本发明的技术效果是，通过本发明提供的PCB的固定加热装置，对现有的引线键合装置进行改造，可以实现在PCB的引线键合前，对PCB固定加热一定时间使之达到一定温度，从而使引线键合的焊接质量好，焊接强度高，封装的可靠性得到大大提高。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本发明一实施例的固定加热装置的压板的结构示意图，其中图1（a）为俯视图，图1（b）为A-A截面图，图1（c）为仰视图。

图2是按照本发明一实施例的固定加热装置的加热块的结构示意图，其中图2（a）为俯视图，图2（b）为B-B截面图，图2（c）为左视图。

图3是图1所示压板将PCB夹持固定在加热块上的示意图。

图4是按照本发明一实施例的PCB的引线键合装置的结构示意图，其中，图4（a）为其俯视图，图4（b）为导轨上各个温区的温度分布示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

下面的描述中，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的所有多个部件进行描述。附图中示出了多个部件为本领域普通技术人员提供本发明的完全能够实现的公开内容。对于本领域技术人员来说，许多部件的操作都是熟悉而且明显的。

在本文描述中，使用方向性术语（例如“上”、“下”、“顶面”和“底面”等）以及类似术语来描述的各种结构实施例表示附图中示出的方向或者能被本领域技术人员理解的方向。这些方向性术语用于相对的描述和澄清，而不是要将任何实施例的定向限定到具体的方向或定向。

图1所示为按照本发明一实施例的固定加热装置的压板的结构示意图，其中图1（a）为俯视图，图1（b）为A-A截面图，图1（c）为仰视图。图2所示为按照本发明一实施例的固定加热装置的加热块的结构示意图，其中图2（a）为俯视图，图2（b）为B-B截面图，图2（c）为左视图。PCB的加热固定装置包括加热板120以及置于该加热板120之上的压板110，PCB可以被夹持固定在加热板120和压板110之间。在该实施例中，加热固定装置是在引线键合装置上对PCB进行加热，具体地，以PCB为半导体功率模块上应用的PCB为例进行说明，通常地，半导体功率模块在引线键合时包括PCB部分、DBC基板部分、以及引线框。以下结合图1和图2所示对本发明实施的PCB的加热固定装置进行说明。

参阅图1，PCB的加热固定装置中的压板110包括按压部112以及按压部112两端连接的定位部111，按压部112可以直接按压作用在PCB上，在该实施例中，按压部112相对定位部111朝向PCB的方向下凹设置，也即，定位部111在Z方向相对按压部112往上翘起。在两个定位部111上，各设置有一个定位孔116，其可以用来实现对加热块120的定位固定。按压部112的底面上设置有相向于被夹持固定的PCB的多个顶脚114，顶脚114在如图所示Z方向的负向相对于按压部112的底面的凸起高度可以根据PCB上元器件高度来设置，一般地，大于PCB上的元器件的高度的最大值，这样，在压板作用于PCB上时，仅通过多个顶脚114作用于PCB的基体上，PCB上的元器件不会因此受到损坏。

为方便引线键合，在压板110的按压部112上对应设置有开口113，开口113可以用来暴露被夹持固定的PCB的预定部分。在该实施例中，顶脚114可以但不限于设置在开口113的边沿。

在该实施中，压板110同时还可以用来对引线框进行按压，因此，在压板110的按压部112上，在相向于被按压的引线框的一面上相应地设置有多个引线框压脚115。

参阅图2，加热块120包括本体121，本体121上设置PCB接触部122和DBC基板接触部125。在该实施例中，PCB接触部122上设置有真空吸附孔123，并在PCB接触部122的顶面上设置有真空导槽124，真空导槽124与真空吸附孔123连通，因此，PCB置于该PCB接触部122之上时，真空吸附孔123与真空导槽124共同用来吸附PCB。真空导槽124扩大了吸附面积，有利于PCB在通过压板夹持固定前通过加热块120定位固定。真空吸附孔123可以与真空气室或者真空抽取设备（例如金线键合机中的）等连接。PCB接触部122和DBC基板接触部125的顶面相对于本体121的顶面下凹设计，其具体下凹深度可以根据PCB、DBC基板的厚度参数等设置。在本体121的底面，设置有定位槽126，在DBC基板接触部125上，也设置有多个定位孔127，通过定位孔127和定位槽126的配合使用，可以将加热块120定位固定在金线键合机的引线框索引导轨的预定位置上。

图3所示为图1所示压板将PCB夹持固定在加热块上的示意图。其中PCB 900被透视示出，其被压板110按压固定在加热块120的PCB接触部122（图3中未示出）上，加热块120可以对PCB900持续加热，从而使PCB基本地达到预定高温区，使其相对容易在引线键合的焊接过程中，更容易形成合金区，有效提高引线键合的焊接强度和成功率。加热块120的热量可以通过自生发热传递至直接接触的PCB上，也可以通过其他发热装置传递至加热块120上再实现对其直接接触的PCB加热。优选地，加热块120选用热导率较高的材料，例如，各种钢材。

图4所示为按照本发明一实施例的PCB的引线键合装置的结构示意图，其中，图4（a）为其俯视图，图4（b）为导轨上各个温区的温度分布示意图。在图4所示实施例中，仅示意性地给出了金线键合机的引线框索引导轨部分，引线框索引导轨131用于在引线键合过程中传输引线框，在该实施例中，其还可以用来同步地传输与引线框连接在一起的PCB、DBC基板等。引线框索引导轨131包括焊接区138，在焊接区138或者焊接区138附近区域，固定加热装置的加热块120可以通过其定位孔127、定位槽126固定在焊接区138的加热块底座上，DBC900置于加热块120的PCB接触部122之上，进一步，可以通过压板110将DBC900夹持固定其与加热块120之间。引线框索引导轨131设置有量窗口夹具（window clamp）139，其可以用于将压板110相应地定位固定在加热块120之上。因此，PCB900在加热过程或者焊接过程中均能够被牢牢固定，防止在引线键合过程中的震动，有利于提高引线键合的焊接强度。

引线框索引导轨131的焊接区138在通过固定加热装置加热PCB的过程中，其热量会通过引线框索引导轨131沿x方向的两边传递。其中，引线框和PCB在引线框索引导轨131的传递方向如图4所示。为提高加热效率，将引线框索引导轨131的焊接区两旁的引线框索引导轨设置为多个温区，温区的数量可以但不限于为6个，按照引线框的索引传递方法，在焊接区138之前设置预热温区132、133、134，在焊接区138之后设置温区135、136、137。引线框索引导轨131的温度分布大致如图4（b）所示，离焊接区的距离越远，其温度越低。在引线框和PCB在焊前的索引过程中，可以通过预热温区132至134对PCB进行预热，PCB逐步被加热，有效地提高了加热效率。

在本发明提高的PCB的引线键合方法中，使用如图4所示的引线键合装置，在焊接区对PCB进行引线键合之前，压板110与加热块120将PCB900夹持固定并加热一段时间，在加热至一定温度区间后（例如，190℃至210℃），在压力、温度和超声的共同作用下完成焊接过程。然后，PCB和引线框等从引线框索引导轨131的温区135、136、137索引导出。

以上例子主要说明了本发明的PCB的固定加热装置、引线键合装置以及引线键合方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims

1.一种印刷电路板（900）的固定加热装置，用于印刷电路板的引线键合，其特征在于，所述固定加热装置包括：

压板（110），以及

位于所述压板之下的加热块（120）；

其中，通过所述压板（110）与加热块（120）将所述印刷电路板（900）夹持固定并加热；

其中，所述加热块（120）上设置有用于吸附所述印刷电路板（900）的真空吸附孔（123）与真空导槽（124），所述真空导槽（124）与所述真空吸附孔（123）连通；所述印刷电路板（900）为半导体功率模块中应用的印刷电路板（900），该半导体功率模块还包括封装中使用的直接键合铜基板，所述加热块（120）包括所述印刷电路板接触部（122）和直接键合铜基板接触部（125）。

2.如权利要求1所述的固定加热装置，其特征在于，所述压板（110）包括按压部（111）以及所述按压部（111）两端连接的定位部（112），所述按压部（111）相对所述定位部（112）向所述印刷电路板（900）下凹设置。

3.如权利要求1或2所述的固定加热装置，其特征在于，在所述压板（110）的相向于所述印刷电路板（900）的一面上设置有顶脚（114）。

4.如权利要求2所述的固定加热装置，其特征在于，所述压板（110）的按压部（112）上设置有开口（113）。

5.如权利要求2所述的固定加热装置，其特征在于，所述压板（110）的定位部（112）上设置有定位孔（116）。

6.如权利要求1所述的固定加热装置，其特征在于，所述加热块（120）上设置有用于定位固定所述加热块（120）的定位孔（127）和定位槽（126）。

7.一种印刷电路板（900）的引线键合装置（130），包括金线键合机，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的固定加热装置；

其中，所述固定加热装置可拆卸地固定在所述金线键合机的引线框索引导轨（131）的焊接区（138）上，所述印刷电路板（900）在所述焊接区（138）上被所述固定加热装置集中加热。

8.如权利要求7所述的引线键合装置，其特征在于，所述引线框索引导轨（131）包括预热温区（132、133、134），所述印刷电路板（900）从所述预热温区（132、133、134）索引传递至所述焊接区。

9.如权利要求7所述的引线键合装置，其特征在于，在所述引线框索引导轨（131）上设置有用于将所述压板（110）相应地定位固定在所述加热块（120）之上的窗口夹具（139）。

10.一种使用如权利要求7的引线键合装置（130）对印刷电路板（900）进行引线键合的方法，其特征在于，在引线键合的焊接之前，所述压板（110）与加热块（120）将所述印刷电路板（900）夹持固定并加热至预定温度。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述预定温度的范围为190℃至210℃。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在加热至预定温度之前，所述印刷电路板（900）在所述引线框索引导轨（131）上传递至其焊接区（138）的过程中，对所述印刷电路板（900）进行预热。