CN108364877B - 回流炉及回流时防止基板变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种回流炉及回流时防止基板变形的方法,该方法包括如下步骤:在基板的上方流动有第一吹风,基板的下方流动有第二吹风,第二吹风的流速大于第一吹风的流速。本申请提供的回流炉及回流时防止基板变形的方法,通过在基板的上方流动有第一吹风,基板的下方流动有第二吹风,第二吹风的流速大于第一吹风的流速,使得基板上方的压力大于基板下方的压力,进而在回流时会对基板存在一个向下的压力,实现对基板的全面压制以防止基板变形。
Description
技术领域
本公开一般涉及半导体封装技术领域,具体涉及回流工艺,尤其涉及回流炉及回流时防止基板变形的方法。
背景技术
回流工艺是芯片倒装封装工艺的关键工艺,其主要是通过回流炉将芯片焊接在基板上。基板一般为多层结构,且基板各层材质的不同,同时各材质之间的热膨胀系数也不同,使得在回流的过程中基板会存在一定程度的翘曲变形,进而不能保持平整状态,从而在芯片与基板之间容易出现虚焊等焊接不良的情形。
目前,解决基板回流时翘曲变形的主流方法是在回流炉中利用带磁性的磁性载具和铁磁盖板来对基板局部区域进行压制。虽然这种利用磁性载具和铁磁盖板压制的方式被广泛应用,但是在实际使用过程中会存在以下局限性:如铁磁盖板可以对基板上的非芯片区域进行压制以提高平整度,但是对基板上的芯片区域(即贴装芯片区域)却无法形成有效的压制。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足,期望提供一种回流炉及回流时防止基板变形的方法。
本申请提供一种回流时防止基板变形的方法,方法包括如下步骤:在基板的上方流动有第一吹风,基板的下方流动有第二吹风,第二吹风的流速大于第一吹风的流速。
优选地,第一吹风的流速不超过10m/s,第二吹风的流速为20-40m/s。
优选地,第一吹风的流动方向与第二吹风的流动方向相同。
本申请还提供一种回流炉,包括用于承载基板的安装面,安装面的上方设有第一风道,安装面的下方设有第二风道,还包括用于向第一风道输送第一吹风的第一吹风装置,以及用于向第二风道输送第二吹风的第二吹风装置,第二吹风的流速大于第一吹风的流速。
优选地,第二吹风装置包括第一分路吹风装置和第二分路吹风装置,第一分路吹风装置用于向第二风道输送第一分路吹风,第一分路吹风的流速与第一吹风的流速相同;第二分路吹风装置用于向第二风道输送第二分路吹风,第二分路吹风与第一分路吹风共同形成第二吹风。
优选地,回流炉包括传送装置,传送装置包括传送带,传送带位于第一风道与第二风道之间,安装面设置于传送带上。
优选地,回流炉包括具有磁性的磁性载具以及位于磁性载具上方的铁磁盖板,铁磁盖板与磁性载具磁吸配合,安装面位于磁性载具的上表面;铁磁盖板与磁性载具之间形成有用于放置基板的容置空间,铁磁盖板具有作用于基板边沿的上表面的压合面。
优选地,安装面为水平设置。
优选地,第一吹风的流速不超过10m/s,第二吹风的流速为20-40m/s。
优选地,第一吹风的流动方向与第二吹风的流动方向相同。
本申请提供的回流炉及回流时防止基板变形的方法,通过在基板的上方流动有第一吹风,基板的下方流动有第二吹风,第二吹风的流速大于第一吹风的流速,使得基板上方的压力大于基板下方的压力,进而在回流时会对基板存在一个向下的压力,实现对基板的全面压制以防止基板变形,解决了现有技术中对基板的芯片区域无法压制的问题。同时,在对基板进行全面压制下,本申请中可采用通用性的铁磁盖板实现对不同结构的基板进行压制,提高了工作效率且降低了制造成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本申请实施例提供的回流炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1,本申请提供一种回流时防止基板变形的方法,方法包括如下步骤:在基板4的上方流动有第一吹风,基板4的下方流动有第二吹风,第二吹风的流速大于第一吹风的流速。
在回流时,基板4的上方流动的第一吹风的流速小于基板4的下方流动的第一吹风的流速,由伯努利定理可知,第一吹风在基板4上方形成的压力大于第二吹风在基板4下方形成的压力,进而形成压力差,使得基板4受到向下的压力(如附图1中F所示)。回流炉中具有安装面51,基板4设置在安装面51上,上述压力会将基板4全面压制在安装面51上,以克服基板4受热导致的形变,解决了现有技术中对基板4的芯片区域无法压制的问题。
此外,现有技术中的铁磁盖板6往往需要根据基板4的结构匹配使用,但是基板4的结构又与芯片3的贴装位置以及被动元器件的布设位置相关,所以铁磁盖板6的通用性较差,进而增加回流工艺的成本。本申请中利用流速差产生的压力在对基板4进行全面压制,进而可弱化铁磁盖板6对基板4的压制作用,所以可采用结构简单且具有通用性的铁磁盖板6来满足对不同结构的基板4的压制与固定,提高了工作效率且降低了制造成本。
优选地,第一吹风的流速不超过10m/s,第二吹风的流速为20-40m/s。
因为回流工艺中需要利用第一吹风对基板4进行加热,本实施例中第一吹风的流速相对较小,具体不超过10m/s,以保证回流炉中加热盖板对第一吹风加热效果以及第一吹风受热后对基板4的加热效果。第二吹风的流速为20-40m/s,第二吹风的流速要大于第一吹风的流速,且两者的流速差增加,压力对基板4的压制作用越明显。当然,第一吹风和第二吹风的流速可根据实际的工作环境以及作业要求进行相应的调整,并不完全限定于上述的流速范围。
优选地,第一吹风的流动方向与第二吹风的流动方向相同。
由于回流炉中在基板4上下方流动的吹风并非完全密封隔离开,本实施例中将第一吹风的流动方向与第二吹风的流动方向相同,可避免第一吹风与第二吹风之间的相互影响以降低基板4上下方形成的压力差。进一步地,第一吹风和第二吹风均沿水平方向流动。
本申请还提供一种回流炉,包括用于承载基板4的安装面51,安装面51的上方设有第一风道9,安装面51的下方设有第二风道10,还包括用于向第一风道9输送第一吹风的第一吹风装置,以及用于向第二风道10输送第二吹风的第二吹风装置,第二吹风的流速大于第一吹风的流速。
回流炉作为实施回流工艺的设备,其主要包括有上下设置的上加热盖板1与下加热盖板2,基板4位于上加热盖板1与下加热盖板2之间,上加热盖板1可对第一吹风进行加热,下加热盖板2可对第二吹风进行加热。回流炉包括用于承载基板4的安装面51,安装面51的上方设有第一风道9,安装面51的下方设有第二风道10,第一吹风装置向第一风道9中输送第一吹风,第二吹风装置向第二风道10中输送第二吹风,第二吹风的流速大于第一吹风的流速。
其中,第一吹风装置与第二吹风装置的结构并无具体限制,能够实现对第一风道9和第二风道10输送相应的吹风即可。第一吹风与第二吹风可以具有一定温度的气体,以增加芯片3与基板4之间的回流焊质量。
优选地,第二吹风装置包括第一分路吹风装置和第二分路吹风装置,第一分路吹风装置用于向第二风道10输送第一分路吹风,第一分路吹风的流速与第一吹风的流速相同;第二分路吹风装置用于向第二风道10输送第二分路吹风,第二分路吹风与第一分路吹风共同形成第二吹风。
第二吹风装置可包括多个分路吹风装置,一起向第二风道10中输送气体,以形成第二吹风。在本实施例中,第二吹风装置包括第一分路吹风装置和第二分路吹风装置,第一分路吹风装置用于向第二风道10输送第一分路吹风,第一分路吹风的流速与第一吹风的流速相同;第二分路吹风装置用于向第二风道10输送第二分路吹风,第二分路吹风的流速大于第一分路吹风的流速,第二分路吹风与第一分路吹风共同形成第二吹风。其中,第一分路吹风装置可以与第一吹风装置相同,或者第一分路吹风装置与第一吹风装置可以为一个吹风装置的两个出风路。第二分路吹风装置例如但不局限于吹风机8。第二分路吹风与第一分路吹风流动方向相同。
优选地,回流炉包括传送装置,传送装置包括传送带7,传送带7位于第一风道9与第二风道10之间,安装面51设置于传送带7上。
在本实施例中,传送装置包括传送带7,传送带7位于第一风道9与第二风道10之间,传送带7可将基板4送至回流炉中的回流焊接区,并在回流焊接结束后送至冷却区,提高工作效率且降低外部环境对回流炉工作的影响。
优选地,包括具有磁性的磁性载具5以及位于磁性载具5上方的铁磁盖板6,铁磁盖板6与磁性载具5磁吸配合,安装面51位于磁性载具5的上表面;铁磁盖板6与磁性载具5之间形成有用于放置基板4的容置空间,铁磁盖板6具有作用于基板4边沿的上表面的压合面61。
安装面51位于磁性载具5的上表面,即基板4放置在磁性载具5的上表面上,基板4的上方有铁磁盖板6,利用磁性载具5与铁磁盖板6之间的磁吸配合,使得基板4被压合在磁性载具5于铁磁盖板6之间,一方面可将基板4固定,另一方面还可以将基板4与之接触的区域形成压制,进一步提高该区域的抗翘曲能力。
此外,本实施例中的铁磁盖板6可采用结构简单且通用性较高的结构,例如铁磁盖板6为边框式结构,仅用于压制基板4边沿的上表面,从而不用考虑基板4上的芯片3贴装位置以及被动元器件的布设位置等,提高了铁磁盖板6的通用性,进而降低回流工艺的成本。同时,由于铁磁盖板6与基板4之间的接触面积减少,进而可减少回流时铁磁盖板6与基板4之间水渍的残存,且风干效率提高。
优选地,安装面51为水平设置。
安装面51为水面设置,可提高安装面51与基板4下表面之间的贴合度,防止在压力和/或铁磁盖板6的压制下发生变形,进而导致部分芯片3凸点和基板4焊点无法接触,产生焊接不良。
此外,为了进一步说明本申请通过在基板4的上下方形成流速差来解决基板4翘曲变形的技术方案的技术效果,下面通过伯努利方程来计算出基板下方不同流速下差生的压力差值。
为了是计算简便,假设基板4是静止的,空气从远处流来,忽略基板4本身的厚度所造成的高度差。此外,认为空气是理想流体,并且作定常流动。
设基板4前方气流的速度为v0,压强为p0,基板4上部气流流速为v1,压强为p1,基板4下部流速为v2,压强为p2,空气密度为ρ。
由伯努利方程式得:
将(1)-(2)可得到基板4上下的压力差,该压力差为:
设基板4载具的面积为S,获得的下压力为F,则有
对于参数空气密度ρ和基板4载具的面积S,根据现实中回流工艺的工作条件进行选择,空气密度取235℃时的大小,即0.6919kg/m3,基板4载具的面积为0.24m×0.095m=0.0228m2,基板4上表面流速为0.0058m/s,将上述数据代入上述公式(4)中,且通过施加吹风机8使基板4下表面的空气流速达到28m/s,30m/s,30.5m/s,32m/s,35m/s,分别计算出基板4受到的压力情况如下:
流速为28m/s时,作用在基板4的压力为F=6.18N,换算成英寸水柱为:6.18/0.0228/254=1.07inH2O;
流速为30m/s时,作用在基板4的压力为F=7.10N,换算成英寸水柱为:7.10/0.0228/254=1.23inH2O;
流速为30.5m/s时,作用在基板4上的下压力为F=7.34N,换算成英寸水柱为:7.34/0.0228/254=1.27inH2O;
流速为32m/s时,作用在基板4上的下压力为F=8.08N,换算成英寸水柱为:8.08/0.0228/254=1.40inH2O;
流速为35m/s时,作用在基板4上的下压力为F=9.66N,换算成英寸水柱为:9.66/0.0228/254=1.67inH2O。
由上可知,当基板4上方与基板4下方的流速差值越大,则基板4受到的压力值越大。在实际运用中,可结合产品的不同的特性,可选取不同的流速以达到最优的下压力效果。
需要理解的是,本文中涉及的术语“上方”、“下方”、“上表面”、“下表面”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种回流时防止基板变形的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
在所述基板的上方流动有第一吹风,所述基板的下方流动有第二吹风,所述第二吹风的流速大于所述第一吹风的流速,所述第一吹风和所述第二吹风均沿水平方向流动。
2.根据权利要求1所述的回流时防止基板变形的方法,其特征在于,所述第一吹风的流速不超过10m/s,所述第二吹风的流速为20-40m/s。
3.根据权利要求1或2所述的回流时防止基板变形的方法,其特征在于,所述第一吹风的流动方向与所述第二吹风的流动方向相同。
4.一种回流炉,包括用于承载基板的安装面,所述安装面的上方设有第一风道,所述安装面的下方设有第二风道,其特征在于,还包括用于向所述第一风道输送第一吹风的第一吹风装置,以及用于向所述第二风道输送第二吹风的第二吹风装置,所述第二吹风的流速大于所述第一吹风的流速,所述第一吹风和所述第二吹风均沿水平方向流动。
5.根据权利要求4所述的回流炉,其特征在于,所述第二吹风装置包括第一分路吹风装置和第二分路吹风装置,所述第一分路吹风装置用于向所述第二风道输送第一分路吹风,所述第一分路吹风的流速与所述第一吹风的流速相同;所述第二分路吹风装置用于向所述第二风道输送第二分路吹风,所述第二分路吹风与所述第一分路吹风共同形成所述第二吹风。
6.根据权利要求4所述的回流炉,其特征在于,包括传送装置,所述传送装置包括传送带,所述传送带位于所述第一风道与所述第二风道之间,所述安装面设置于所述传送带上。
7.根据权利要求4所述的回流炉,其特征在于,包括具有磁性的磁性载具以及位于所述磁性载具上方的铁磁盖板,所述铁磁盖板与所述磁性载具磁吸配合,所述安装面位于所述磁性载具的上表面;
所述铁磁盖板与所述磁性载具之间形成有用于放置基板的容置空间,所述铁磁盖板具有作用于基板边沿的上表面的压合面。
8.根据权利要求4所述的回流炉,其特征在于,所述安装面为水平设置。
9.根据权利要求4-8任意一项所述的回流炉,其特征在于,所述第一吹风的流速不超过10m/s,所述第二吹风的流速为20-40m/s。
10.根据权利要求4-8任意一项所述的回流炉,其特征在于,所述第一吹风的流动方向与所述第二吹风的流动方向相同。
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