CN104517881B - 一种键合夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种键合夹具，其包括：真空底座，其上设置有第一容纳腔及与所述第一容纳腔相连通的连接孔；键合限位夹具，其容纳于所述第一容纳腔中，该键合限位夹具上设置有能用于容纳DBC基板的第二容纳腔，所述第二容纳腔中开设有与所述连接孔相连通的第二通孔；在所述连接孔、第二通孔内形成负压以吸附所述DBC基板，使DBC基板固定在所述第二容纳腔中。与现有技术相比，本发明的键合夹具结构简单、易操作，在生产不同产品时夹具转换简单，这就大大提升了产品转换时的调试时间，并且本发明的键合夹具是通过真空吸附DBC基板，使得DBC基板固定牢固，在产能不受影响的前提下，较大的降低了生产成本。

Description

一种键合夹具
技术领域
本发明涉及半导体模块封装技术领域，尤其涉及一种用于封装半导体模块的直接键合铜(Direct Bonding Copper，DBC)基板的键合夹具。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块是一种常见的智能功率器件，其通过多个IGBT芯片(die)与其它器件(例如功率二极管)组合(例如相互并联)地封装形成。DBC基板在IGBT模块的封装中被广泛应用，其具有成本低、散热好、高频性能好的优点。
大功率IGBT模块需要在完成装片的DBC基板上面进行铝线键合，为了确保键合的品质，键合过程中DBC基板不能有较大的抖动。因此为了保障键合工艺的可靠性，需要设计夹具来固定需要键合的DBC基板。自动化程度较高的铝线键合工艺中，通常采用导轨来传送需要键合的材料，在键合部位通过夹具的上下夹持来固定材料。针对大功率IGBT模块生产的特殊性，即单体作业且产量较小，生产成本大。目前工艺的是增加上下料机构及导轨改造，但是设备改造费用较高，使得生产成本较大。
因此，有必要提供一种键合夹具以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种键合夹具，其结构简单、易操作，且能牢固的固定DBC基板，较大的降低了生产成本。
为达成前述目的，本发明一种键合夹具，其包括：
真空底座，其上设置有第一容纳腔及与所述第一容纳腔相连通的连接孔；
键合限位夹具，其容纳于所述第一容纳腔中，该键合限位夹具上设置有能用于容纳DBC基板的第二容纳腔，所述第二容纳腔中开设有与所述连接孔相连通的第二通孔；
在所述连接孔、第二通孔内形成负压以吸附所述DBC基板，使DBC基板固定在所述第二容纳腔中。
作为本发明的一个优选的实施例，所述第一容纳腔的边沿设置有若干个第一锁紧孔，所述键合限位夹具的边沿设置有若干个与所述第一锁紧孔相对应的第二锁紧孔。
作为本发明的一个优选的实施例，所述键合限位夹具的形状为方形，所述第一容纳腔的形状与所述键合限位夹具的形状相配合。
作为本发明的一个优选的实施例，所述DBC基板为方形，所述第二容纳腔的形状与所述DBC基板的形状相配合。
作为本发明的一个优选的实施例，所述第一容纳腔的深度大于或等于所述键合限位夹具的厚度。
作为本发明的一个优选的实施例，自所述第二通孔的边缘沿所述第二容纳腔的底面延伸有若干个真空导槽，所述真空导槽与所述第二通孔连通；
在DBC基板容纳于所述第二容纳腔中后，在第二通孔和真空导槽中形成负压以稳固的吸附住所述DBC基板；
在需要将DBC基本从所述第二容纳腔中取出时，不在第二通孔和真空导槽中形成负压以松开所述DBC基板。
作为本发明的一个优选的实施例，所述真空导槽的形状为腰圆形,所述真空导槽的数量为四个。
作为本发明的一个优选的实施例，所述真空导槽的形状为长方形、三角形或梯形。
作为本发明的一个优选的实施例，所述真空导槽的长度大于或等于所述第二通孔直径的三倍，所述真空导槽的深度大于所述DBC基板的五分之一而小于所述DBC基本的四分之一；
所述第二通孔的直径大于所述第二容纳腔长度的四分之一而小于所述第二容纳腔长度的三分之一。
作为本发明的一个优选的实施例，自所述第二通孔的边缘沿所述第二容纳腔的底面延伸形成有环状真空导槽，该环状真空导槽的宽度大于所述第二通孔的直径。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的键合夹具结构简单、易操作，在生产不同产品时夹具转换简单，这就大大提升了产品转换时的调试时间，并且本发明的键合夹具是通过真空吸附DBC基板，使得DBC基板固定牢固，在产能不受影响的前提下，较大的降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1是本发明中的真空底座与键合限位夹具的组装示意图；
图2是本发明中的真空底座的结构示意图；
图3是图2示出的真空底座的剖视图；
图4是本发明中的键合限位夹具的结构示意图；
图5是DBC基板容纳于键合夹具中的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
请参阅图1，其为本发明中的真空底座与键合限位夹具的组装示意图。如图1所述的键合夹具包括真空底座1和键合限位夹具2。所述真空底座1上设置有容纳所述键合限位夹具2的第一容纳腔，所述键合限位夹具2上设置有容纳DBC基板（未示出）的第二容纳腔21。本文中，键合夹具的正面是指用于固定DBC基板的一面，DBC基板的正面是指用于键合引线的一面，DBC基板的背面是指贴附于键合限位夹具的第二容纳腔中一面。
请参阅图2和图3，图2为本发明中的真空底座的结构示意图；图3为图2示出的真空底座的剖视图。如图2和图3所述的真空底座1可以为一定厚度和面积的基板。在所述真空底座1上设置有第一容纳腔11及与所述第一容纳腔11相连通的连接孔12。
在该实施例中，所述第一容纳腔11用于容纳图4所示的键合限位夹具2，因此所述第一容纳腔11的形状对应于其容纳的键合限位夹具2的形状。例如，在该实施例中，所述键合限位夹具2为方形，则所述第一容纳腔11的形状与所述键合限位夹具2的形状相配合，即也为方形。在一个实施例中，所述第一容纳腔11的长的尺寸比键合限位夹具2的长的尺寸大约大0.1-0.2mm，所述第一容纳腔11的宽的尺寸比键合限位夹具2的宽的尺寸大约大0.1-0.2mm。在一个实施例中，所述第一容纳腔11的深度等于所述键合限位夹具2的厚度，在另一实施例中，所述第一容纳腔11的深度大于所述键合限位夹具2的厚度。
所述连接孔12通过真空管道（图中未示出）与外部设备（图中未示出）相连接，当启动焊线程序时，执行焊线程序的外部设备会通过真空管道进行抽真空对连接孔12形成负压，使得真空底座1正面的压力大于背面的压力。在该实施例中，为了使得连接孔12的边沿受力均匀，所述连接孔12的形状为圆形，所述连接孔12的位置位于第一容纳腔11中的中间位置。
在该实施例中，所述第一容纳腔11的边沿设置有四个第一锁紧孔13，四个第一锁紧孔13分别位于第一容纳腔11的四个角对称设置，所述键合限位夹具2的边沿也设置有四个与所述第一锁紧孔13相对应的第二锁紧孔24。这样，通过固定装置可以使得所述键合限位夹具2较平整的容纳于所述第一容纳腔11中。在其他实施例中，该第一锁紧孔13的数量还可以为大于四个。需要注意的是，第一锁紧孔13的数量可根据所述键合限位夹具2被锁紧的平整程度设计。本发明中，对用于将键合限位夹具2固定于第一容纳腔11的固定装置不做限制，该固定装置以锁紧牢固且能方便的更换键合限位夹具2为宜。
请参阅图4，其为本发明中的键合限位夹具的结构示意图。如图4所述的键合限位夹具2上设置有能用于容纳DBC基板（图中未示出）的第二容纳腔21，所述第二容纳腔21中开设有与所述连接孔12相连通的第二通孔22。
请继续参阅图3和4，所述键合限位夹具2容纳于第一容纳腔11中。在一个实施例中，所述第二通孔22的直径大于第二容纳腔21长度的四分之一而小于第二容纳腔21长度的三分之一。这样，在连接孔12和第二通孔22中产生的负压能牢牢的吸附住位于第二容纳腔21中的DBC基板，避免了在引线键合过程中DBC基板发生抖动，很大的提高了引线键合的效率。
请继续参阅图4，自所述第二通孔22的边缘沿所述第二容纳腔21的底面向外延伸有真空导槽23，所述真空导槽23与所述第二通孔22连通。在一个优选的实施例中，所述真空导槽23的长度大于或等于所述第二通孔22直径的三倍，所述真空导槽的深度大于所述DBC基板的五分之一而小于所述DBC基本的四分之一。在该实施例中，所述真空导槽23的形状为腰圆形，在其他实施例中，该真空导槽23的形状还可以为长方形、三角形、梯形或其他形状。在一个优选的实施例中，所述真空导槽23的数量为四个，该四个真空导槽23呈对称设置。当DBC基板容纳于第二容纳腔21中，利用负压原理，在所述第二通孔22和所述真空导槽23中形成负压，四个对称设置的真空导槽23进一步的将DBC基板牢固的吸附在第二容纳腔21中。在一个再优选的实施例中，所述真空导槽23自所述第二通孔22的边缘沿所述第二容纳腔21的底面延伸形成的环状结构，该环状真空导槽的宽度大于所述第二通孔的直径，该环状真空导槽可以表示为一个。在其他实施例中，所述真空导槽23的数量也可以为两个及两个以上，其中该两个或两个以上的真空导槽可以是对称设置还可以是不对称设置，只要能保证DBC基板能被负压牢固的吸附在第二容纳腔中为宜。
请参阅图5，其为DBC基板容纳于键合夹具中的结构示意图。如图4和图5所示。在该实施例中，所述第二容纳腔21中容纳的DBC基板3包括陶瓷基板，该DBC基板3为氧化铝、氮化铝灯材料制成，其具有良好的绝缘性能。由于DBC基板3的固定是通过在连接孔12、第二通孔22以及真空导槽23处产生的负压以吸附固定的，故当DBC基板3贴附于第二容纳腔21中，要保证第二容纳腔21的底面的平面度，第二容纳腔21的底面的平面度越小越好，但同时需要考虑加工精度，使得加工误差越小越好，因此，在一个优选的实施例中，所述第二容纳腔21的底面的平面度设置在±0.1-±0.5μm的范围内，这样，当在连接孔12、第二通孔22以及真空导槽23中形成负压时，DBC基板3与第二容纳腔21中不会产生微小的间隙，这就避免了DBC基板3正面和反面之间的压力差减小，从而影响DBC基板3的牢固性。在该实施例中，所述第二容纳腔21的形状为方形，第二容纳腔21的形状可对应于其容纳的DBC基板3的形状而设计，例如，DBC基板3的形状为方形，则所述第二容纳腔21的形状也为方形。在该实施例中，所述第二容纳腔21的长的尺寸比DBC基板3的长的尺寸大约大0.1-0.2mm，所述第二容纳腔21的宽的尺寸比DBC基板3的宽的尺寸大约大0.1-0.2mm。
请继续参阅图1至图5，在操作时，首先将真空底座1的连接孔12通过真空管道与外部设备密封连接，随后将对应的键合限位夹具2通过固定装置安装到真空底座1上，然后再将需要键合引线的DBC基板3放置于键合限位夹具2中的第二容纳腔21中，之后启动设备，此时设备产生真空，在DBC基板3的背面通过连接孔12、第二通孔22以及真空导槽23形成负压，进而将DBC基板3牢牢的吸附，当键合完成之后，真空关闭，在第二通孔和真空导槽中不再形成负压，此时DBC基板处于不被吸附状态，取下键合完成的DBC基板3，然后进行循环生产。
需要说明书的是，本发明提供的键合夹具并不限于固定图5所示实施例的DBC基板4，在其他实施例中，DBC基板3也可以为正方形结构等。DBC基板3的面积、厚度及表面粗糙度都不是限制的。所述键合限位夹具2上的第二容纳腔21、真空底座1上的第一容纳腔11的形状可以根据DBC基板3的形状变化而进行相应的变化。所述第二容纳腔21中的第二通孔22的直径相对于第二容纳腔21的尺寸也不是限制的，以能保证所述第二通孔22中产生的负压能牢固的吸附住DBC基板3为宜，本领域的技术人员可以根据实际情况进行相应变化。本文中所用的术语“大约”提供了相应部件的工业界可接受的公差。
本发明的键合夹具结构简单、易操作，在生产不同产品时夹具转换简单，这就大大提升了产品转换时的调试时间，并且本发明的键合夹具是通过真空吸附DBC基板，使得DBC基板固定牢固，在产能不受影响的前提下，较大的降低了生产成本。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (9)

1.一种键合夹具，其特征在于：其包括：真空底座，其上设置有第一容纳腔及与所述第一容纳腔相连通的连接孔；键合限位夹具，其容纳于所述第一容纳腔中，该键合限位夹具上设置有能用于容纳DBC基板的第二容纳腔，所述第二容纳腔中开设有与所述连接孔相连通的第二通孔；在所述连接孔、第二通孔内形成负压以吸附所述DBC基板，使DBC基板固定在所述第二容纳腔中，自所述第二通孔的边缘沿所述第二容纳腔的底面延伸有若干个真空导槽，所述真空导槽与所述第二通孔连通；在DBC基板容纳于所述第二容纳腔中后，在第二通孔和真空导槽中形成负压以稳固的吸附住所述DBC基板；在需要将DBC基板从所述第二容纳腔中取出时，不在第二通孔和真空导槽中形成负压以松开所述DBC基板。
2.根据权利要求1所述的键合夹具，其特征在于：所述第一容纳腔的边沿设置有若干个第一锁紧孔，所述键合限位夹具的边沿设置有若干个与所述第一锁紧孔相对应的第二锁紧孔。
3.根据权利要求1所述的键合夹具，其特征在于：所述键合限位夹具的形状为方形，所述第一容纳腔的形状与所述键合限位夹具的形状相配合。
4.根据权利要求1所述的键合夹具，其特征在于：所述DBC基板为方形，所述第二容纳腔的形状与所述DBC基板的形状相配合。
5.根据权利要求1所述的键合夹具，其特征在于：所述第一容纳腔的深度大于或等于所述键合限位夹具的厚度。
6.根据权利要求1所述的键合夹具，其特征在于：所述真空导槽的形状为腰圆形,所述真空导槽的数量为四个。
7.根据权利要求1所述的键合夹具，其特征在于：所述真空导槽的形状为长方形、三角形或梯形。
8.根据权利要求1所述的键合夹具，其特征在于：所述真空导槽的长度大于或等于所述第二通孔直径的三倍，所述真空导槽的深度大于所述DBC基板的五分之一而小于所述DBC基板的四分之一；所述第二通孔的直径大于所述第二容纳腔长度的四分之一而小于所述第二容纳腔长度的三分之一。
9.根据权利要求1所述的键合夹具，其特征在于：自所述第二通孔的边缘沿所述第二容纳腔的底面延伸形成有环状真空导槽，该环状真空导槽的宽度大于所述第二通孔的直径。
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