CN104308315A - 一种陶瓷器件回流焊工艺的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷器件回流焊工艺的装置及方法。回流焊工艺的装置包括螺旋轴、石墨板、石墨板支架、石英加热灯、加热灯支架及密闭腔室。回流焊工艺的方法为将待回流的陶瓷器件、焊接件及焊膏放置于方形石墨板上，在真空密闭腔室中，采用石英加热灯对器件进行均匀加热，通过控制回流焊温度曲线和炉内气压实现真空环境下的回流焊工艺。本发明的装置和方法可在保障陶瓷器件均匀受热的前提下，实现无空洞、高可靠的回流焊焊接工艺，显著提高器件的回流焊焊点质量，同时此方法亦可应用于类似产品的高可靠回流焊接工艺过程。

Description

一种陶瓷器件回流焊工艺的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷器件回流焊工艺的装置及方法，适用于陶瓷器件的植球工艺过程。
背景技术
传统陶瓷器件植球的回流焊工艺是利用链式回流炉在氮气环境下进行分区热风再流焊接，通过调整传送带速和回流炉各区温度得到理想的回流曲线，以得到高可靠的回流焊点。回流过程液相区时间较短，焊料中由助焊剂、氧化物等挥发形成的气体不能及时溢出焊点，在焊点中形成空洞，焊点空洞的形成会降低焊点强度，不利于焊点的长期可靠性。为了最大程度降低焊点空洞率，考虑采用真空回流焊技术，以期利用焊点内外压强差促使焊点中的空洞有效溢出，提高表贴焊点的机械和电气性能。
真空回流装置采用石英灯对石墨平板进行热辐射加热，石墨板再通过热传导加热其表面放置的器件，达到回流焊接的目的。这种加热结构可实现薄体小外形封装形式的焊点或硅片凸点的回流工艺，但不适用于较大尺寸陶瓷封装结构的回流焊工艺，因为接触式热传导的加热方式不能及时地均匀加热整个器件，回流焊工艺过程中，同一时刻器件上下表面温差较大，这不利于回流焊工艺温度曲线的调试。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种陶瓷器件回流焊工艺的装置及方法，提高陶瓷器件的加热均匀性，实现低空洞、高可靠的回流焊焊接工艺，显著提高器件的回流焊焊点质量。
本发明的技术解决方案是：一种陶瓷器件回流焊工艺的装置，包括螺旋轴、石墨板、石墨板支架、石英加热灯、加热灯支架及密闭腔室；四个螺旋轴沿密闭腔室的中心轴对称放置于密闭腔室内部；每个螺旋轴包括上下两段方向相反的螺纹；两个加热灯支架均为镂空框架，分别装配于螺旋轴的上下两段螺纹上，两个加热灯支架之间的距离能够通过旋转螺旋轴调节；两组石英加热灯分别固定于两个加热灯支架上；石墨板支架位于上下两个加热灯支架之间，石墨板放置于石墨板支架上。
一种利用陶瓷器件回流焊工艺装置的陶瓷器件回流焊工艺的方法，其特征在于步骤如下：
(2.1)将待进行回流焊的陶瓷器件、焊接件以及焊膏放于石墨板上，并关闭密闭腔室；
(2.2)根据陶瓷器件的尺寸，通过旋转螺旋轴调整石墨板与上下两组石英加热灯之间的距离；
(2.3)首先对密闭腔室抽真空2min，再以15L/min的速率向密闭腔室充氮气1min，然后再对密闭腔室抽真空1min，使密闭腔室呈负压状态；
(2.4)以10L/min的速率充氮气，同时开启石英加热灯对陶瓷器件、焊接件以及焊膏进行加热，通过调整石英加热灯的功率，在70～80s内使陶瓷器件温度从室温升至100℃；
(2.5)在步骤(2.4)的基础上，以10L/min的速率向密闭腔室内继续充氮气，通过调整石英加热灯的功率，在40-60s内使陶瓷器件、焊接件以及焊膏的温度升至150℃；
(2.6)对步骤(2.5)充完氮气后的密闭腔室进行抽真空，通过调整石英加热灯的功率，使陶瓷器件、焊接件以及焊膏在150℃～170℃范围内保持40～60s；
(2.7)在步骤(2.6)的基础上，对密闭腔室继续抽真空，通过调整石英加热灯的功率，在30～50s内将陶瓷器件、焊接件以及焊膏的温度升至200℃～210℃，此时焊膏融化；然后关闭石英加热灯，以20L/min的速率向密闭腔室充入冷氮气，降温40～60s；
(2.8)以至少50L/min的速率向密闭腔室内充入冷氮气，使陶瓷器件、焊接件以及焊膏快速降温，焊膏凝固，从而将焊接件焊接在陶瓷器件上，完成陶瓷器件的回流焊工艺。
所述步骤(2.2)中，针对不同的陶瓷器件尺寸规格，通过旋转螺旋轴调整石墨板与上下两组石英加热灯之间的距离的实现方式为：陶瓷器件的厚度每增加或减小1mm，每组石英加热灯与石墨板之间的距离均相应减小或增加10～15mm。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明在石墨板的上下分别设置石英加热灯，有利于提高陶瓷器件的加热均匀性；
(2)本发明通过设计石英加热灯支架以及螺旋轴上半部和下半部的螺纹，实现旋转螺旋轴来调节石英加热灯与石墨板之间的距离，在陶瓷器件的回流焊工艺方法中，当石英加热灯功率不可调时，可通过调节石英加热灯与石墨板的间距来控制加热速率；
(3)本发明针对一种陶瓷器件完成回流焊工艺后，在对其他陶瓷器件进行回流焊工艺时，可根据新陶瓷器件的尺寸规格变化调节石英加热灯与石墨板的间距，只需对原回流焊工艺中石英加热灯的功率进行微调，即可完成其他规格陶瓷器件回流焊工艺程序的调试；
(4)本发明在密闭腔室中，采用石英加热灯对器件进行均匀加热，回流过程中通过控制回流焊温度程序实现真空环境下的回流焊工艺。这种回流焊接方法可在保障陶瓷器件均匀受热的前提下，实现无空洞、高可靠的回流焊焊接工艺，显著提高器件的回流焊焊点质量。
(5)本发明适用于陶瓷球栅阵列、陶瓷柱栅阵列及陶瓷倒装焊等多种陶瓷封装器件的回流焊工艺。
附图说明
图1为陶瓷器件回流焊工艺装置主视图；
图2为石英加热灯与石英加热支架的安装关系俯视图；
图3为陶瓷器件回流焊工艺方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：
本发明提出的陶瓷器件回流焊工艺装置如图1所示，包括螺旋轴1、石墨板2、石墨板支架3、石英加热灯4、加热灯支架5及密闭腔室6；密闭腔室6为长方体结构，四个螺旋轴1固定于密闭腔室6内部垂直于底面的拐角处；每个螺旋轴1包括上下两段方向相反的螺纹；两个加热灯支架5均为镂空框架，分别装配于螺旋轴1的上下两段螺纹上，通过旋转螺旋轴1调节两个加热灯支架5之间的距离；两组石英加热灯4分别固定于两个加热灯支架5上，如图2所示；石墨板支架3通过石英加热灯4的间隙立于密闭腔室6的底面上，石墨板支架3的上端面位于上下两个加热灯支架5之间，石墨板2放置于石墨板支架3的上端面。
假设螺旋轴1的上半部为左旋螺纹，下半部为右旋螺纹，两个加热灯支架5分别螺纹安装在螺旋轴1的上半部和下半部。当同时沿同一方向旋转螺旋轴1时，上下两个加热灯支架5同时远离或靠近石墨板2。
本发明根据上述装置提出了一种陶瓷器件回流焊工艺方法，如图3所示，步骤如下：
(1)将待进行回流焊的陶瓷器件、焊接件及焊膏放于石墨板上，并关闭密闭腔室(6)；
(2)假设陶瓷器件厚度为2mm，通过旋转螺旋轴1调整石墨板2与上下两组石英加热灯4之间的距离分别为30mm；
(3)抽真空：先对密闭腔室6抽真空2min，然后以15L/min的速率向密闭腔室6充氮气1min，然后再抽真空1min，使密闭腔室6呈负压状态；
(4)升温：以10L/min的速率向密闭腔室6充氮气，同时开启石英加热灯4对陶瓷器件、焊接件及焊膏进行加热，通过调整石英加热灯4的功率，使陶瓷器件、焊接件及焊膏温度在70～80s内从室温升至100℃；
(5)预热：在步骤(4)的基础上，以10L/min的速率向密闭腔室6内继续充氮气，通过调整石英加热灯4的功率，使陶瓷器件、焊接件及焊膏温度在50～60s内升至150℃；
(6)助焊剂活化：对步骤(5)充完氮气后的密闭腔室6进行抽真空，通过调整石英加热灯4的功率，使陶瓷器件、焊接件及焊膏温度在150℃～170℃范围内保持40～50s；
(7)回流：在步骤(6)的基础上，继续对密闭腔室6进行抽真空，通过调整石英加热灯4的功率，将陶瓷器件、焊接件及焊膏温度在30～50s内升至200℃～210℃；然后关闭石英加热灯4，以20L/min的速率向密闭腔室6充入冷氮气，降温40～50s；
(8)快速降温：以最大速率(至少50L/min的速率)向密闭腔室6内充入冷氮气，使陶瓷器件、焊接件及焊膏快速降温，焊膏凝固，将待焊接件焊接在陶瓷器件上，完成陶瓷器件的回流焊工艺，同时固化回流焊工艺程序(电脑记录各步骤的抽真空时间、充氮气的时间和速率以及石英灯的加热功率，形成固化的回流焊工艺程序，下次可自动运行)。
下次进行同款产品回流焊工艺时，石英加热灯与石墨板之间的距离不变，利用固化的回流焊工艺程序进行回流即可；陶瓷器件的厚度每增加或减小1mm，石英加热灯与石墨板之间的距离就相应减小或增加10～15mm。如下次需进行回流焊工艺的陶瓷器件厚度为1mm，则调节石英加热灯与石墨板之间的距离为20mm，然后在2mm厚度陶瓷器件固化的回流焊工艺程序基础上，根据实际情况对石英加热灯的功率进行微调即可完成该款产品回流焊程序的调试和固化。

Claims (3)

1.一种陶瓷器件回流焊工艺的装置，其特征在于：包括螺旋轴(1)、石墨板(2)、石墨板支架(3)、石英加热灯(4)、加热灯支架(5)及密闭腔室(6)；四个螺旋轴(1)沿密闭腔室(6)的中心轴对称放置于密闭腔室(6)内部；每个螺旋轴(1)包括上下两段方向相反的螺纹；两个加热灯支架(5)均为镂空框架，分别装配于螺旋轴(1)的上下两段螺纹上，两个加热灯支架(5)之间的距离通过旋转螺旋轴(1)调节；两组石英加热灯(4)分别固定于两个加热灯支架(5)上；石墨板支架(3)位于上下两个加热灯支架(5)之间，石墨板(2)放置于石墨板支架(3)上。
2.一种利用权利要求1所述装置的陶瓷器件回流焊工艺的方法，其特征在于步骤如下：
(2.1)将待进行回流焊的陶瓷器件、焊接件以及焊膏放于石墨板(2)上，并关闭密闭腔室(6)；
(2.2)根据陶瓷器件的尺寸，通过旋转螺旋轴(1)调整石墨板(2)与上下两组石英加热灯(4)之间的距离；
(2.3)首先对密闭腔室(6)抽真空2min，再以15L/min的速率向密闭腔室(6)充氮气1min，然后再对密闭腔室(6)抽真空1min，使密闭腔室(6)呈负压状态；
(2.4)以10L/min的速率充氮气，同时开启石英加热灯(4)对陶瓷器件、焊接件以及焊膏进行加热，通过调整石英加热灯(4)的功率，在70～80s内使陶瓷器件温度从室温升至100℃；
(2.5)在步骤(2.4)的基础上，以10L/min的速率向密闭腔室(6)内继续充氮气，通过调整石英加热灯(4)的功率，在40-60s内使陶瓷器件、焊接件以及焊膏的温度升至150℃；
(2.6)对步骤(2.5)充完氮气后的密闭腔室(6)进行抽真空，通过调整石英加热灯(4)的功率，使陶瓷器件、焊接件以及焊膏在150℃～170℃范围内保持40～60s；
(2.7)在步骤(2.6)的基础上，对密闭腔室(6)继续抽真空，通过调整石英加热灯(4)的功率，在30～50s内将陶瓷器件、焊接件以及焊膏的温度升至200℃～210℃，此时焊膏融化；然后关闭石英加热灯(4)，以20L/min的速率向密闭腔室(6)充入冷氮气，降温40～60s；
(2.8)以至少50L/min的速率向密闭腔室(6)内充入冷氮气，使陶瓷器件、焊接件以及焊膏快速降温，焊膏凝固，从而将焊接件焊接在陶瓷器件上，完成陶瓷器件的回流焊工艺。
3.根据权利要求2所述的陶瓷器件回流焊的工艺方法，其特征在于：所述步骤(2.2)中，针对不同的陶瓷器件尺寸规格，通过旋转螺旋轴(1)调整石墨板(2)与上下两组石英加热灯(4)之间的距离的实现方式为：陶瓷器件的厚度每增加或减小1mm，每组石英加热灯(4)与石墨板(2)之间的距离均相应减小或增加10～15mm。
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