CN107333401A - 回流焊接治具及其制备方法和用途 - Google Patents

回流焊接治具及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了回流焊接治具及其制备方法和用途，回流焊接治具包括：基体，所述基体由耐高温塑料形成；以及多个金属嵌针，所述多个金属嵌针形成在所述基体上，其中，所述耐高温塑料包含50～65wt％的聚醚醚酮、10～45wt％的增强材料、0.01～1.0wt％的碳黑和0.1～2.0wt％的助剂。该回流焊接治具由耐高温塑料形成，尺寸稳定性优异，长期使用不会出现碳化问题，从而显著提高采用该回流焊接治具制备得到的智能功率模块产品的良率。

Description

回流焊接治具及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及智能功率模块制造技术领域，具体而言，本发明涉及回流焊接治具及其制备方法和用途。
背景技术
智能功率模块的制造需要将有源元件(如晶圆、IC等)和无源元件(如电阻等器件)通过回流炉高温焊接在电路板上，实现电路连通，而用于辅助回流焊接的合成石治具在行业内已经获得了广泛的应用，耐高温的合成石治具可以反复使用，达到一定寿命周期后报废处理。
然而，现有的回流焊接治具仍有待改进。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现而提出的：
发明人在对智能功率模块制备工艺的研究中发现，非一个流自动化生产制造体系，对于合成石治具的要求不高，治具表面高温碳化发黑后，只要满足基本功能，可以继续使用，但对于特殊的一个流生产制造体系，智能功率模块的制造焊接需要相应的回流焊治具将待焊接产品进行定位，定位准确与否决定了产品的生产良率。目前的回流焊合成石治具定位失真导致产品报废率增加。通过反复实验与确认，回流焊的定位失真是由于回流焊治具的限位点表面污染导致的，而污染源来自于焊接过程中合成石治具材料碳化所产生的碳。由此，解决合成石治具在反复回流过程中的高温碳化问题是降低产品报废率的有效手段。有尝试使用金属治具进行回流焊接，但金属的散热过快，易导致焊锡膏熔化不充分，焊接不牢固或晶圆底部空洞率超过标准，带来新的技术问题。
鉴于此，本发明提出了回流焊接治具及其制备方法和用途。该回流焊接治具由耐高温塑料形成，尺寸稳定性优异，长期使用不会出现碳化问题，从而显著提高采用该回流焊接治具制备得到的智能功率模块产品的良率。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种回流焊接治具。根据本发明的实施例，该回流焊接治具包括：基体，所述基体由耐高温塑料形成；以及多个金属嵌针，所述多个金属嵌针形成在所述基体上，其中，所述耐高温塑料包含50～65wt％的聚醚醚酮、10～45wt％的增强材料、0.01～1.0wt％的碳黑和0.1～2.0wt％的助剂。
根据本发明实施例的回流焊接治具由耐高温塑料形成，尺寸稳定性优异，长期使用不会出现碳化问题，从而显著提高采用该回流焊接治具制备得到的智能功率模块产品的良率。
另外，根据本发明上述实施例的回流焊接治具还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述增强材料包括选自玻璃纤维、碳纤维、无机矿物和陶瓷粉末中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述助剂为复合抗氧剂。
在本发明的一些实施例中，所述金属嵌针由不锈钢制成。
在本发明的一些实施例中，所述耐高温塑料的热变形温度不低于300摄氏度。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备上述实施例的回流焊接治具的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将聚醚醚酮、增强材料、碳黑和助剂按照预定比例进行混合，以便得到混合物料；将所述混合物料装入注塑机内，并利用模具进行注塑成型，以便得到基体；在所述基体表面安装多个金属嵌针，以便得到回流焊接治具。
由此，根据本发明实施例的制备回流焊接治具的方法可以有效地制备得到回流焊接治具，且与传统的CNC加工方式比较，具有生产效率高、尺寸精度高、报废率低的优点。
另外，根据本发明上述实施例的制备回流焊接治具的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述注塑机内进行所述注塑成型的条件为：一段注塑温度为365～375摄氏度、二段注塑温度为370～380摄氏度、三段注塑温度为375～385摄氏度、四段注塑温度为385～390摄氏度，所述注塑机的喷嘴温度为395～400摄氏度。
在本发明的一些实施例中，在进行所述注塑成型之前进一步包括：将所述混合物料在120～150摄氏度下烘干3～5小时；将所述模具预热至180～210摄氏度。
在本发明的一些实施例中，所述回流焊接治具的成型收缩率不高于0.5％。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种用于制备智能功率模块的回流焊接治具，所述回流焊接治具为上述实施例的回流焊接治具或者采用上述实施例的制备回流焊接治具的方法制备得到的回流焊接治具。
根据本发明的实施例，本发明的回流焊接治具具有优异的耐高温性和尺寸稳定性，长期使用不会出现碳化问题，采用本发明的回流焊接治具用于制备智能功率模块，可以有效解决传统工艺中机械手传感器位置失真的问题，显著提高了智能功率模块产品的良率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的回流焊接治具结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的制备回流焊接治具的方法流程示意图；
图3是根据本发明一个实施例的制备智能功率模块的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种回流焊接治具。根据本发明的实施例，参考图1，该回流焊接治具包括：基体100和多个金属嵌针200。
根据本发明的实施例，基体由耐高温塑料形成，且耐高温塑料包含50～65wt％的聚醚醚酮、10～45wt％的增强材料、0.01～1.0wt％的碳黑和0.1～2.0wt％的助剂。
根据本发明的实施例，发明人发现，通过添加50～65wt％的聚醚醚酮，可以进一步提高基体的耐高温性能。具体地，通过添加上述配比的聚醚醚酮，可以使基体的长期使用温度不低于220摄氏度，短期使用温度不低于270摄氏度，反复高温回流使用寿命可达1年以上。
根据本发明的一个具体实施例，本发明的回流焊接治具体积电阻率可以为105ohm·cm。
根据本发明的具体实施例，耐高温塑料的热变形温度不低于300摄氏度。
根据本发明的具体实施例，增强材料可以包括选自玻璃纤维、碳纤维、无机矿物和陶瓷粉末中的至少之一。发明人发现，通过向基体中添加上述增强材料，可以进一步降低基体的成型收缩率，从而提高流焊接治具的尺寸稳定性。
根据本发明的具体实施例，回流焊接治具的成型收缩率不高于0.5％。
根据本发明的具体实施例，助剂可以为复合抗氧剂，例如Ciba-geigy公司IrganoxB225、GE公司Ultranox 815A、美国氢胺公司Cyanox2777，通过添加上述复合抗氧剂，可以有效缓解因聚醚醚酮高温加工带来的氧化降解问题。
根据本发明的具体实施例，金属嵌针可以由不锈钢制成，表面光亮，同时配合添加碳黑，可以利用碳黑的黑色衬托金属嵌针的色差，从而使本发明的回流焊接治具在使用中机械手传感器易于识别高亮的金属嵌针，并准确地将待焊接的引线框架定位于治具嵌针上，提升设备的灵敏度。
由此，根据本发明实施例的回流焊接治具由耐高温塑料形成，尺寸稳定性优异，长期使用不会出现碳化问题，从而显著提高采用该回流焊接治具制备得到的智能功率模块产品的良率。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备上述实施例的回流焊接治具的方法。根据本发明的实施例，参考图2，该方法包括：
S100：将基体原料混合
该步骤中，将聚醚醚酮、增强材料、碳黑和助剂按照预定比例进行混合，以便得到混合物料。
根据本发明的实施例，上述预定比例可以为50～65wt％的聚醚醚酮、10～45wt％的增强材料、0.01～1.0wt％的碳黑和0.1～2.0wt％的助剂。
根据本发明的实施例，发明人发现，通过添加50～65wt％的聚醚醚酮，可以进一步提高基体的耐高温性能。具体地，通过添加上述配比的聚醚醚酮，可以使基体的长期使用温度不低于220摄氏度，短期使用温度不低于270摄氏度，反复高温回流使用寿命可达1年以上。
根据本发明的一个具体实施例，本发明的回流焊接治具体积电阻率可以为105ohm·cm。
根据本发明的具体实施例，耐高温塑料的热变形温度不低于300摄氏度。
根据本发明的具体实施例，增强材料可以包括选自玻璃纤维、碳纤维、无机矿物和陶瓷粉末中的至少之一。发明人发现，通过向基体中添加上述增强材料，可以进一步降低基体的成型收缩率，从而提高流焊接治具的尺寸稳定性。
根据本发明的具体实施例，回流焊接治具的成型收缩率不高于0.5％。
根据本发明的具体实施例，助剂可以为复合抗氧剂，例如Ciba-geigy公司IrganoxB225、GE公司Ultranox 815A、美国氢胺公司Cyanox2777，通过添加上述复合抗氧剂，可以有效缓解因聚醚醚酮高温加工带来的氧化降解问题。
S200：注塑成型
该步骤中，将混合物料装入注塑机内，并利用模具进行注塑成型，以便得到基体。
根据本发明的具体实施例，注塑机内进行注塑成型的条件可以为：一段注塑温度为365～375摄氏度、二段注塑温度为370～380摄氏度、三段注塑温度为375～385摄氏度、四段注塑温度为385～390摄氏度，注塑机的喷嘴温度为395～400摄氏度。由此，可以进一步提高注塑成型效果。
根据本发明的具体实施例，在进行注塑成型之前进一步包括：将混合物料在120～150摄氏度下烘干3～5小时；将模具预热至180～210摄氏度。由此，可以进一步提高混合物料成型得到的基体的耐高温性能以及尺寸稳定性。
S300：安装多个金属嵌针
该步骤中，在基体表面安装多个金属嵌针，以便得到回流焊接治具。
根据本发明的具体实施例，金属嵌针可以由不锈钢制成，表面光亮，同时配合添加碳黑，可以利用碳黑的黑色衬托金属嵌针的色差，从而使本发明的回流焊接治具在使用中机械手传感器易于识别高亮的金属嵌针，并准确地将待焊接的引线框架定位于治具嵌针上，提升设备的灵敏度。
由此，根据本发明实施例的制备回流焊接治具的方法可以有效地制备得到回流焊接治具，且与传统的CNC加工方式比较，具有生产效率高、尺寸精度高、报废率低的优点。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种用于制备智能功率模块的回流焊接治具，所述回流焊接治具为上述实施例的回流焊接治具或者采用上述实施例的制备回流焊接治具的方法制备得到的回流焊接治具。
根据本发明的实施例，本发明的回流焊接治具具有优异的耐高温性和尺寸稳定性，长期使用不会出现碳化问题，采用本发明的回流焊接治具用于制备智能功率模块，可以有效解决传统工艺中机械手传感器位置失真的问题，显著提高了智能功率模块产品的良率。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
参考图3，按照下列步骤制备智能功率模块：
(1)将本发明的回流焊接治具放置在治具盒内；
(2)机械手抓取回流焊接治具至工作轨道，并放置金属衬底；
(2)摄像头传感器识别回流焊接治具，机械手抓取引线框架至回流焊接治具表面的待焊接位置；
(4)DA设备自动粘贴晶圆；
(5)SMT设备自动贴装电阻电容无源器件；
(6)承载元器件的回流焊接治具通过导轨自动进入回流炉进行回流焊接；
(7)机械手自动抓取智能功率模块产品放入清洗蓝内；
(8)回流焊接治具自动回收至治具盒内，待进入下一循环周转；
(9)进入清洗篮内的产品经过清洗设备在线清洗；
(10)机械手抓取清洗后的产品至铝合金绑线弹夹内。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种回流焊接治具，其特征在于，包括：
基体，所述基体由耐高温塑料形成；以及
多个金属嵌针，所述多个金属嵌针形成在所述基体上，
其中，所述耐高温塑料包含50～65wt％的聚醚醚酮、10～45wt％的增强材料、0.01～1.0wt％的碳黑和0.1～2.0wt％的助剂。
2.根据权利要求1所述的回流焊接治具，其特征在于，所述增强材料包括选自玻璃纤维、碳纤维、无机矿物和陶瓷粉末中的至少之一。
3.根据权利要求1所述的回流焊接治具，其特征在于，所述助剂为复合抗氧剂。
4.根据权利要求1所述的回流焊接治具，其特征在于，所述金属嵌针由不锈钢制成。
5.根据权利要求1所述的回流焊接治具，其特征在于，所述耐高温塑料的热变形温度不低于300摄氏度。
6.一种制备权利要求1～5任一项所述的回流焊接治具的方法，其特征在于，包括：
将聚醚醚酮、增强材料、碳黑和助剂按照预定比例进行混合，以便得到混合物料；
将所述混合物料装入注塑机内，并利用模具进行注塑成型，以便得到基体；
在所述基体表面安装多个金属嵌针，以便得到回流焊接治具。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述注塑机内进行所述注塑成型的条件为：一段注塑温度为365～375摄氏度、二段注塑温度为370～380摄氏度、三段注塑温度为375～385摄氏度、四段注塑温度为385～390摄氏度，所述注塑机的喷嘴温度为395～400摄氏度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在进行所述注塑成型之前进一步包括：
将所述混合物料在120～150摄氏度下烘干3～5小时；
将所述模具预热至180～210摄氏度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述回流焊接治具的成型收缩率不高于0.5％。
10.一种用于制备智能功率模块的回流焊接治具，所述回流焊接治具为权利要求1～5任一项所述的回流焊接治具或者采用权利要求6～9任一项所述的方法制备得到的回流焊接治具。
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