CN109524291A - 一种用于功率电子单元的生产方法和工装 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于功率电子单元的生产方法和工装，该生产方法包括：步骤一，将不同物料依次上下分层式设置在工装的物料槽内；步骤二，对装有不同物料的工装进行烧结以形成功率电子单元；步骤三，卸载工装内的功率电子单元，该生产方法能将物料分层式放入工装的物料槽内，一次便能完成双面烧结，能有效提高工作效率和生产成本，另外，由于通过一个工装便能完成，不需要其它工装，则所形成的功率电子单元质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及功率电子单元的生产技术领域，具体涉及一种用于功率电子单元的生产方法和工装。
背景技术
目前，IGBT压接模块等类型的压接型功率电子单元中常采用银烧结(silversintering)工艺生产，以提高模块可靠性。双面银烧结工艺通常需要在芯片的背面和正面各烧结一个钼片。
现有技术中，由于功率电子单元的芯片的背面和正面各需要烧结一个钼片，且两个钼片大小不同，常常进行两次加压烧结的方法进行生产。
具体地，银烧结工具为四层结构。底层为一块平整光滑的托盘，上面放置烧结工装，工装分为三层，分别为放置下钼片的一次烧结工装、放置芯片的芯片工装、放置上钼片的二次烧结工装，工装之间通过定位销来固定。每一层工装都均匀分布物料孔，用来放置钼片和芯片。
在生产工艺过程中，首先将一次烧结工装放到托盘上，往一次烧结工装中放入下钼片，然后将芯片工装安装到一次烧结工装上，放入芯片，进行第一次烧结。最后将二次烧结工装安装到芯片工装上，放入上钼片，进行第二次烧结。
由此，上述的生产过程需要两次烧结及多次人工装配，费时费力。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于功率电子单元的生产方法和工装。该生产方法能将物料分层式放入工装的物料槽内，并一次完成双面烧结，能有效提高工作效率并降低生产成本。
根据本发明的一方面，提出了一种用于功率电子单元的生产方法，包括：
步骤一，将不同物料依次上下分层式设置在工装的物料槽内，
步骤二，对装有不同物料的工装进行烧结以形成功率电子单元，
步骤三，卸载工装内的功率电子单元。
在一个实施例中，在步骤一中，先放入第一钼片，再放入芯片，然后再放入第二钼片，并且在步骤一之前，还在物料槽内放置用于与第一钼片接触的以及用于与第二钼片接触的缓冲膜。
在一个实施例中，在步骤二中，在银烧结机的内腔中对工装进行加热，在银烧结机的上加热板设置到第一预设温度且下加热板设置到第二预设温度后，持续加热4-6分钟。
在一个实施例中，第一预设温度与第二预设温度相同。
在一个实施例中，在步骤三中，采用真空吸附功率电子单元的方式或者顶伸缓冲膜的方式卸载功率电子单元。
根据本发明的另一方面，提出了一种用于功率电子单元的工装，包括：
工装主体，
设置在工装主体上的物料槽，
其中，在物料槽内构造有台阶面，以使得物料槽的下部分截面面积小于上部分截面面积。
在一个实施例中，物料槽构造为盲孔状，并在物料槽的底面上和台阶面上均设置缓冲膜。
在一个实施例中，物料槽构造为通孔状，且在工装主体的下底面上设置用于封堵物料槽的下端的开口的缓冲膜。
在一个实施例中，在工装主体的上表面上设置定位件。
在一个实施例中，物料槽在工装主体上矩阵式分布。
与现有技术相比，本发明的优点在于，该生产方法能将物料分层式放入工装的物料槽内，一次便能完成双面烧结，能有效提高工作效率和生产成本。另外，由于通过一个工装便能完成，不需要其它工装，则所形成的功率电子单元质量稳定。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的工装的俯视图；
图2显示了根据本发明的一个实施例的工装的截面图；
图3显示了根据本发明的一个实施例的生产功率电子单元的示意图；
图4显示了根据本发明的另一个实施例的工装的截面图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1均显示了根据本发明的工装10。如图1所示，该工装10包括工装主体1和物料槽2。其中，工装主体1可以为具有一定厚度的板状。物料槽2开设在工装主体1上。如图2所示，在物料槽2内构造有台阶面3，以使得物料槽2的下部分截面面积小于上部分截面面积。
由此，在生产功率电子单元20的时候，可以先将第一钼片21放入到物料槽2的台阶面3的下部分空间内。然后，再在第一钼片21上放置芯片22。同时，芯片22设置在台阶面3的上面。台阶面3起到了支撑并定位芯片22的作用。最后，再将第二钼片23设置在芯片22上。之后，就可以将带有第一钼片21、芯片22和第二钼片23的工装10放入银烧结机的内腔中进行烧结。上述的工装10能使得双面银烧结工艺在一次工装设备内便能完成，相比现有技术简化了工装装配、物料搬移、工装组装定位等操作，从而提高了经济效益，降低了生产成本。并且，在上述的一次烧结工艺中，第一钼片21、芯片22和第二钼片23装入同一物料槽2内，能有效地保证安装到位，无需重复定位和多次安装，自动化程度高，所制造产品质量更好。另外，上述工装10和工艺保证功率电子单元20一次烧结制成，各部分受热均匀，提高了产品的厚度均匀性，避免了现有技术中的芯片需要多次烧结，从而提高了功率电子单元20的产品质量。
在一个实施例中，如图3所示，物料槽2构造为盲孔状。并在物料槽2的底面上和台阶面3上均设置缓冲膜4。优选地，该缓冲膜4可以为聚四氟乙烯膜。也就是，在放入第一钼片21之前，先在物料槽2内设置缓冲膜4，以与第一钼片21接触。在放入第二钼片23之前，在台阶面3上设置缓冲膜4，以与第二钼片23接触。例如，缓冲膜4可以通过真空吸附的方式设置在物料槽2的底面和台阶面3上。该缓冲膜4可吸收工装10与物料(包括第一钼片21、芯片22和第二钼片23)的高度差，从而保证功率电子单元20的产品质量。同时，在使用缓冲膜4后，利用了缓冲膜4的弹性，从而保证芯片22表面受力均匀，进一步提高功率电子单元20的产品质量。还有，缓冲膜4起到了保护膜的作用，以确保物料表面不被刮伤。
在另一个实施例中，物料槽2构造为通孔状，如图4所示。在这种设置中，在工装主体1的下底面上设置缓冲膜4，用于封堵物料槽2的下端的开口，同时接触第一钼片21，以起到消除高度差、保证芯片22表面受力均匀，以及保护物料表面不被刮伤的作用。其余设置方式与上一个实施例相同或类似，在此不再赘述。
优选地，如图1所示，在工装主体1的上表面上设置定位件5，以用于其他机器识别并定位该工装10。通过这种设置能增加工装10的自动化生产程度，提高工装效率。例如，定位件5可以构造为设置在工装主体1的上的圆形凹槽。当然，定位件5还可以构造为其它类型的凹槽，且定位件5还可以构造为凸起。
在一个优选地实施例中，如图1所示，该物料槽2在所述工装主体1上矩阵式分布。这种设置方式能保证在一次烧结过程中，生产多个功率电子单元20。
下面根据图1到4详细描述生产功率电子单元20的方法。
首先，利用真空吸附的方式，向工装10内设置缓冲膜4。缓冲膜4一部分设置在物料槽2的底面侧，另一部分设置在台阶面3上。再在物料槽2内设置第一钼片21，使其接触位于物料槽2的底面侧的缓冲膜4。再在第一钼片21上设置芯片22。再在芯片22上设置第二钼片23，使其接触位于台阶面3上的缓冲膜4。
然后，将上述工装10放置到银烧结机的内腔中进行烧结。烧结过程需要保证高温高压环境。例如，进行预热操作，在大约2分钟后，使得银烧结机的上加热板达到第一预设温度，下加热板达到第二预设温度。优选地，第一预设温度与第二预设温度相同。进一步优选地，第一预设温度与第二预设温度大约为235到245摄氏度，比如240摄氏度。由于第一预设温度与第二预设温度相同，则第一钼片21和第二钼片23受热相较比较均匀，从而所生产的功率电子单元20各处受力均匀，产品质量高。同时，上述设置使得银烧结机的内腔中温度比较均匀，降低了其内的空气扰动对功率电子单元20的质量的不利影响。在恒温状态下，进行加热。此恒温加热过程可以持续4到6分钟，以保证功率电子单元20的各处厚度均匀性。当然，在预热过程中，还对银烧结机的内腔进行了升压操作，在30秒内使得内腔中的压力达到10到20兆帕，例如15兆帕。在恒温加热完成后，对银烧结机的内腔进行泄压，并将工装10取出。再将工装10放到冷却台进行冷却。
最后，对工装10内的功率电子单元20进行取出操作。优选地，可以采用真空吸附功率电子单元20的方式或者顶伸所述缓冲膜4的方式卸载所述功率电子单元20。上述卸载方式自动化程度高，操作简单。
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于功率电子单元的生产方法，其特征在于，包括：
步骤一，将不同物料依次上下分层式设置在工装的物料槽内，
步骤二，对装有不同物料的工装进行烧结以形成功率电子单元，
步骤三，卸载工装内的所述功率电子单元。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤一中，先放入第一钼片，再放入芯片，然后再放入第二钼片，并且在步骤一之前，还在物料槽内放置用于与所述第一钼片接触的以及用于与所述第二钼片接触的缓冲膜。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，在步骤二中，在银烧结机的内腔中对工装进行加热，在所述银烧结机的上加热板设置到第一预设温度且下加热板设置到第二预设温度后，持续加热4-6分钟。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，第一预设温度与第二预设温度相同。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的生产方法，其特征在于，在步骤三中，采用真空吸附所述功率电子单元的方式或者顶伸所述缓冲膜的方式卸载所述功率电子单元。
6.一种用于功率电子单元的工装，其特征在于，包括：
工装主体，
设置在所述工装主体上的物料槽，
其中，在所述物料槽内构造有台阶面，以使得物料槽的下部分截面面积小于上部分截面面积。
7.根据权利要求6所述的工装，其特征在于，所述物料槽构造为盲孔状，并在所述物料槽的底面上和所述台阶面上均设置缓冲膜。
8.根据权利要求6所述的工装，其特征在于，所述物料槽构造为通孔状，且在所述工装主体的下底面上设置用于封堵所述物料槽的下端的开口的缓冲膜。
9.根据权利要求6到8中的任一项所述的工装，其特征在于，在所述工装主体的上表面上设置定位件。
10.根据权利要求6到9中的任一项所述的减振装置，其特征在于，所述物料槽在所述工装主体上矩阵式分布。
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