CN109570756B - 一种薄形焊料片与金属件的预固定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄形焊料片与金属件的预固定方法，包括以下步骤：a)制备具有卡位槽的限位模板；b)将金属件与焊料片由下至上依次叠放在限位模板的卡位槽内，然后在焊料片上放置软磁性压块；c)将限位模板放入真空手套箱内并排空真空手套箱内氧气，将限位模板固定电永磁铁上，启动电永磁铁，通过软磁性压块将焊料片与金属件压平整并紧贴模板的卡位槽底部；d)用脉冲激光束在焊料片的设定焊点位置形成熔融区；e)待熔融区冷却后，即使焊料片平整地与金属件贴合。本发明利用限位模板、电永磁铁对薄形焊料片进行对位、固定压紧，使焊料片紧贴焊接面，点焊接后焊料片平整，点焊效率和点焊成品率大大提高。

Description

一种薄形焊料片与金属件的预固定方法
技术领域
本发明涉及集成电路（IC）和微机电系统（MEMS）器件用金属化陶瓷件之间、金属化陶瓷件与金属件之间以及金属件之间的焊接工艺，尤其是一种薄形焊料片与金属件的预固定方法。
背景技术
高可靠半导体集成电路和微机电系统等器件需要采用合金焊料进行气密性密封，微机电系统陀螺仪甚至需要真空密封，这些密封常采用低温合金焊料片通过高温熔融而实现密封。集成电路与微机电系统用金属化陶瓷件之间、金属化陶瓷件与金属件之间以及金属件之间的钎焊用钎焊焊料片进行焊接。
钎焊焊料通常采用精密冲制成型来实现形状、焊料量的精确控制，即将一定厚度的薄型焊料冲制成焊料片。为方便运输、组装，密封用焊料片通常需要预固定在金属件（比如盖板/管帽）上，随着金属件尺寸变小和不规则形状的出现，采用常规的超声波焊接方法很难实现，如4.06mm×4.06mm盖板件，其焊料片宽度仅0.38mm宽，将其点焊在盖板上是非常困难的，点焊效率和点焊成品率也不高，且不同品种需要采用不同点焊头及点焊固定模具。而采用常规的激光焊接机又存在过熔、烧穿等问题。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种非接触式、精确控制焊点位置、焊点尺寸大小的薄形焊料片与金属件的预固定方法。
技术方案：一种薄形焊料片与金属件的预固定方法，包括以下步骤：
a）制备具有卡位槽的限位模板；
b）将金属件与焊料片由下至上依次叠放在限位模板的卡位槽内，然后在焊料片上放置软磁性压块；
c）将限位模板放入真空手套箱内并固定在电永磁铁上，排空真空手套箱内氧气，启动电永磁铁，通过软磁性压块将焊料片与金属件压平整并紧贴限位模板的卡位槽底部；
d）用脉冲激光束在焊料片的设定焊点位置形成熔融区；
e）待熔融区冷却后，即使焊料片平整地与金属件贴合。
进一步的，步骤d）中，采用波长为1024nm、光斑直径为0.025mm、功率为3W、频率为25kHz的脉冲激光束，脉冲激光束由设定焊点位置中心开始沿螺旋轨迹运动，形成直径为0.15mm的熔融区。
进一步的，所述软磁性压块四周与焊点位置相对应的位置设有缺口。
进一步的，步骤c）中，限位模板通过四周的销孔与电永磁铁上的定位销固定。
进一步的，所述限位模板为SUS304不锈钢板。
进一步的，所述软磁性压块材料为10号钢。
进一步的，所述焊料片为Au80Sn20合金焊料片。
有益效果：1、本发明利用限位模板、电永磁铁对薄形焊料片进行对位、固定压紧，使焊料片紧贴焊接面，点焊接后焊料片平整，点焊效率和点焊成品率大大提高；2、本发明采用真空手套箱预防激光焊接时焊料片上瞬时熔融焊点的氧化；3、本发明通过激光波长、光斑大小、功率、频率参数调节使焊料片焊点熔池浅且热影响区小；4、本发明通过激光波长、光斑大小、功率、频率参数调节使焊料片焊点表面渣化现象消除。
附图说明
图1为限位模板俯视结构示意图；
图2为软磁性压块结构俯视结构示意图；
图3为金属件与焊料片压紧示意图；
图4为限位模板与电永磁铁固定示意图；
图5为真空手套箱结构示意图；
图6为金属件与焊料片焊接示意图；
图7为实施例一中焊料片俯视图；
图8为实施例一中焊料片截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至图6所示，本发明的薄形焊料片与金属件的预固定方法包括以下步骤：
a）制备具有多个卡位槽1-1的限位模板1，限位模板1为SUS304不锈钢板，卡位槽1-1尺寸与金属件2及焊料片3外形尺寸相匹配，限位模板1四周设有多个销孔1-2。
b）将金属件2与焊料片3由下至上依次叠放在限位模板1的卡位槽1-1内，然后在焊料片3上放置软磁性压块4，软磁性压块4四周与焊点位置相对应的位置设有缺口4-1，软磁性压块4材料为10号钢，焊料片3为Au80Sn20合金焊料片。
c）将限位模板1放入真空手套箱7内，将限位模板1的销孔1-2套在电永磁铁5的定位销6上固定，并向真空手套箱7内充入氮气以排空真空手套箱7内氧气，启动电永磁铁5，通过软磁性压块4将焊料片3与金属件2压平整并紧贴限位模板1的卡位槽1-1底部。
d）通过真空手套箱7内侧顶部设置的激光器8产生波长为1024nm、光斑直径为0.025mm、功率为3W、频率为25kHz的脉冲激光束，脉冲激光束分别对准软磁性压块4四周的缺口4-1处，脉冲激光束由设定焊点位置中心开始沿螺旋轨迹运动，形成直径为0.15mm的熔融区。
e）待熔融区冷却后，即使焊料片3平整地与金属件2贴合。
实施例一：整体尺寸为4.06mm×4.06mm×0.05mm、宽度为0.38mm的Au80Sn20合金焊料片与整体尺寸为4.06mm×4.06mm×0.25mm的镀金盖板的预固定，如图7、图8所示。
根据焊料片外形、盖板外形在130mm×130mm×5mm的SUS304不锈钢板上制作多个卡位槽，不锈钢板四周开设销孔1-2。用塑料镍子或吸笔将4.06mm×4.06mm×0.25mm镀金盖板平放入不锈钢板的卡位槽中，再将4.06mm×4.06mm×0.05mm、0.38mm宽Au80Sn20合金焊料片放平放入不锈钢板的卡位槽中，再放上10号钢压块，直至不锈钢板排放满。将排满盖板、焊料片和压块的不锈钢板放入真空手套箱7内，将不锈钢板的销孔1-2套在电永磁铁的定位销6上固定，并向真空手套箱7内充入氮气以排空真空手套箱内氧气，然后启动电永磁铁，通过压块将焊料片与盖板压平整并紧贴不锈钢板的卡位槽底部。然后通过激光器生成波长为1024nm、光斑直径为0.025mm、功率为3W、频率为25kHz的脉冲激光束，脉冲激光束由设定焊点位置中心开始沿螺旋轨迹运动4圈，形成直径为0.15mm的熔融区。熔融区冷却后使焊料片平整地与盖板贴合，形成满足运输、装架等操作的预固定。
实施例二：整体尺寸为20.32mm×20.32mm×0.05mm、宽度为1.05mm的 Au80Sn20合金焊料片与整体尺寸为20.32mm×20.32mm×1.00mm镀金帽型盖板的预固定
根据焊料片外形、盖板外形在130mm×130mm×6mm的SUS304不锈钢板上制作多个卡位槽，不锈钢板四周开设销孔。用塑料镍子或吸笔将20.32mm×20.32mm×1.00mm镀金盖板平放入不锈钢板的卡位槽中，再将20.32mm×20.32mm×0.05mm、1.05mm宽Au80Sn20合金焊料片放平放入不锈钢板的卡位槽中，再放上10号钢压块，直至不锈钢板排放满。将排满盖板、焊料片和压块的不锈钢板放入真空手套箱内并向真空手套箱内充入氮气以排空真空手套箱内氧气，将不锈钢板的销孔套在电永磁铁的定位销上固定，启动电永磁铁，通过压块将焊料片与盖板压平整并紧贴不锈钢板的卡位槽底部。通过激光器生成波长为1024nm、光斑直径为0.025mm、功率为3W、频率为25kHz的脉冲激光束，脉冲激光束由设定焊点位置中心开始沿螺旋轨迹运动4圈，形成直径为0.15mm的熔融区。熔融区冷却后使焊料片平整地与盖板贴合，形成满足运输、装架等操作的预固定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也烧结应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种薄形焊料片与金属件的预固定方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）制备具有卡位槽（1-1）的限位模板（1）；
b）将金属件（2）与焊料片（3）由下至上依次叠放在限位模板（1）的卡位槽（1-1）内，然后在焊料片（3）上放置软磁性压块（4）；
c）将限位模板（1）放入真空手套箱（7）内并固定在电永磁铁（5）上，排空真空手套箱（7）内氧气，启动电永磁铁（5），通过软磁性压块（4）将焊料片（3）与金属件（2）压平整并紧贴限位模板（1）的卡位槽（1-1）底部；
d）用脉冲激光束在焊料片（3）的设定焊点位置形成熔融区；
e）待熔融区冷却后，即使焊料片（3）平整地与金属件（2）贴合；
所述软磁性压块（4）四周与焊点位置相对应的位置设有缺口（4-1）；
限位模板（1）通过四周的销孔（1-2）与电永磁铁（5）上的定位销（6）固定；
步骤d）中，采用波长为1024nm、光斑直径为0.025mm、功率为3W、频率为25kHz的脉冲激光束，脉冲激光束由设定焊点位置中心开始沿螺旋轨迹运动，形成直径为0.15mm的熔融区。
2.根据权利要求1所述的一种薄形焊料片与金属件的预固定方法，其特征在于：所述限位模板（1）为SUS304不锈钢板。
3.根据权利要求1所述的一种薄形焊料片与金属件的预固定方法，其特征在于：所述软磁性压块（4）材料为10号钢。
4.根据权利要求1所述的一种薄形焊料片与金属件的预固定方法，其特征在于：所述焊料片（3）为Au80Sn20合金焊料片。
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