CN110085543A - 一种功率半导体用自动固晶机及其固晶工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率半导体用自动固晶机，包括：贯穿整个装置的传输装置，传输装置两端分别为上料区和下料区，两区之间设有固晶区，所述固晶区设于气体保护腔室内，所述气体保护腔室内沿传输装置的输送方向依次设有超声波钎料涂敷装置、自动贴片装置和冷却装置，超声波钎料涂敷装置和自动贴片装置均通过机械臂自动完成钎料涂敷和贴片动作。通过上述方式，本发明利用超声波烙铁高频振动可以破除氧化膜特点，将超声波烙铁、芯片自动定位贴片以及冷却工序进行集成，提高了生产效率和焊接质量，提高了芯片的稳定性，能够在高温下长期使用，也解决了助焊剂会带来污染的问题。

Description

一种功率半导体用自动固晶机及其固晶工艺
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种功率半导体用自动固晶机及其固晶工艺。
背景技术
半导体的封装，一个重要环节是固晶，将芯片与引线框架或陶瓷电路板通过导电胶或银浆等材料贴合在一起，提供一个散热通道，从而避免芯片过热，提升芯片运行的可靠性。目前在LED领域，在功率半导体领域，普遍使用导电胶、焊锡膏或银浆等材质。
如专利CN201810617835，一种半导体固晶及固化的全自动流水作业方法，使用固晶胶将LED芯片固定在支架上。
如申请号为CN201821242079.6的专利，使用点胶组件涂敷胶水从而实现芯片的固定。
这些方法对于散热要求不高的场合是可以使用的，但对于大功率的高温LED与车用IGBT等，这是不够的，因为胶的导热性能和耐高温老化性能较差，无法在250℃的情况下长期使用。
还有一种现有方法是使用金属焊料，如铅基的焊锡丝Pb-5Sn-1.5Ag，其熔点为295℃，但该焊锡丝含有铅，易污染环境，同时该焊料的热导率较低，很难实现对功率半导体的快速散热。
申请号为US9216478B2的专利提到了一种锌基焊料，该焊料可以实现无铅化，满足环保要求，且热导率较高，目前来看是非常适合功率半导体使用的一种焊料，但焊料在融化涂敷的过程中极易产生氧化行为，从而影响其与芯片支架或陶瓷电路板的润湿，且无法使用助焊剂，因为助焊剂的残留会带来污染等不利影响，因此现有的常规固晶方法难以适用于这一新型材料。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种功率半导体用自动固晶机及其固晶工艺，通过超声波的高频振动破除焊料氧化膜的特点，满足了锌基焊料在功率半导体领域的应用，从而既能够克服因胶的导热性能和耐老化性能差导致芯片稳定性的问题，又能避免助焊剂残留的污染问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种功率半导体用自动固晶机，包括：贯穿整个装置的传输装置，传输装置两端分别为上料区和下料区，两区之间设有固晶区，所述固晶区设于气体保护腔室内，所述气体保护腔室内沿传输装置的输送方向依次设有超声波钎料涂敷装置、自动贴片装置和冷却装置，超声波钎料涂敷装置和自动贴片装置均通过机械臂自动完成钎料涂敷和贴片动作。
在本发明一个较佳实施例中，传输装置包括传送台和输送轨道，传送台沿着输送轨道往复移动，传送台上设有测量陶瓷电路板高度的激光测高装置。
在本发明一个较佳实施例中，上料区与固晶区之间设有预热区，预热区温度为150-500℃，所述预热通过红外加热管或升降式加热台进行预热。
在本发明一个较佳实施例中，还包括气体循环净化装置，气体循环净化装置包括循环泵和除氧净化装置，循环泵和除氧净化装置与气体保护腔室串联连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述气体保护腔室内的气体为氧含量低于500PPM的氮气或氩气。
在本发明一个较佳实施例中，超声波钎料涂敷装置包括超声波烙铁和送丝装置，送丝装置将焊丝送入超声波烙铁下方的陶瓷电路板表面。
在本发明一个较佳实施例中，超声波烙铁上设有加热装置，加热装置将烙铁加热至150-600℃。
在本发明一个较佳实施例中，超声波烙铁的频率为30-80KHZ。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种功率半导体用自动固晶机的固晶工艺，包括以下步骤：
1）在上料区将陶瓷电路板加载在传送台上；
2）传送台带着陶瓷电路板进入气体保护腔室；
3）传送台将陶瓷电路板移至超声波钎料涂敷装置下方并进行涂敷钎料；
4）传送台继续移至自动贴片装置下方，自动贴片装置拾取芯片并将其放置在陶瓷电路板的指定位置；
5）继续经过冷却装置冷却后，即固晶完成，传送台移出气体保护腔室进入下料区卸载。
在本发明一个较佳实施例中，所述冷却装置为风冷装置或为带有水冷的冷却板，所述冷却板或为可升降运动的冷却板。
本发明的有益效果是：本发明利用超声波烙铁高频振动可以破除氧化膜特点，将超声波烙铁、芯片自动定位贴片以及冷却工序进行集成，提高了生产效率和焊接质量，提高了芯片的稳定性，能够在高温下长期使用，也解决了助焊剂会带来污染的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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是本发明功率半导体用自动固晶机一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明功率半导体用自动固晶机另一较佳实施例的结构示意图；
图3是图1或图2所示的功率半导体用自动固晶机中气体保护腔室的立体图；
图4是本发明功率半导体用自动固晶机中超声波钎料涂敷装置的一较佳实施例的结构示意图。
附图中各部件的标记如下：上料区1；下料区2；固晶区3；气体保护腔室3-1；掀盖3-1-1；超声波钎料涂敷装置3-2；自动贴片装置3-3；冷却装置3-4；超声波烙铁3-2-1；送丝装置3-2-2；加热装置3-2-3；传送台4；输送轨道5；红外加热管6-1；升降式加热台6-2；陶瓷电路板7；循环泵8；除氧净化装置9。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例包括：
一种功率半导体用自动固晶机，如图1所示，包括：
贯穿整个装置的传输装置，传输装置两端分别为上料区1和下料区2，两区之间设有固晶区3。
传输装置包括传送台4和输送轨道5，传送台4沿着输送轨道5往复移动，如图3所示。传送台4上设有测量陶瓷电路板7高度的激光测高装置。
上料区1与固晶区3之间设有预热区，预热区温度为150-500℃。所述预热通过红外加热管6-1或升降式加热台6-2进行预热。图1优选红外加热管预热方法，图2优选升降式加热台预热方法。
固晶区3设于气体保护腔室3-1内，所述气体保护腔室3-1内的气体为氧含量低于500PPM的氮气或氩气。
气体保护腔室3-1设有掀盖3-1-1，所述掀盖3-1-1由透明的塑料或玻璃组成，如图3所示。
所述气体保护腔室3-1内沿传输装置的输送方向依次设有超声波钎料涂敷装置3-2、自动贴片装置3-3和冷却装置3-4，超声波钎料涂敷装置3-2和自动贴片装置3-3均通过机械臂自动完成钎料涂敷和贴片动作。
如图4所示，超声波钎料涂敷装置3-2包括超声波烙铁3-2-1和送丝装置3-2-2，送丝装置3-2-2将焊丝送入超声波烙铁3-2-1下方的陶瓷电路板7表面。
超声波烙铁3-2-1上设有加热装置3-2-3，加热装置3-2-3将烙铁加热至150-600℃。超声波烙铁的频率为30-80KHZ。
本发明中超声波烙铁结构或优选专利号为CN201420273661.7公开的超声波低温钎焊装置，具体结构不再赘述。
功率半导体用自动固晶机或还包括气体循环净化装置，气体循环净化装置包括循环泵8和除氧净化装置9，循环泵8和除氧净化装置9与气体保护腔室3-1串联连接形成气体循环净化线路，确保气体保护腔室内无污染的加工环境。
一种功率半导体用自动固晶机的固晶工艺，包括以下步骤：
1）在上料区1将陶瓷电路板7加载在传送台4上。
2）传送台4带着陶瓷电路板7进入气体保护腔室3-1，进入气体保护腔室3-1之前传送台4被预热至150-500℃。
3）传送台4将陶瓷电路板7移至超声波钎料涂敷装置3-2下方，超声波烙铁对陶瓷电路板进行涂敷钎料。
4）传送台4继续移至自动贴片装置3-3下方，自动贴片装置3-3拾取芯片并将其放置在陶瓷电路板7的指定位置。
5）继续经过冷却装置3-4冷却后，即固晶完成，传送台移出气体保护腔室3-1进入下料区2卸载。
所述冷却装置3-4为风冷装置或为带有水冷的冷却板，所述冷却板或为可升降运动的冷却板。
本发明利用超声波烙铁高频振动可以破除氧化膜特点，将超声波烙铁、芯片自动定位贴片以及冷却工序进行集成，提高了生产效率和焊接质量，提高了芯片的稳定性，能够在高温下长期使用，也解决了助焊剂会带来污染的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率半导体用自动固晶机，其特征在于，包括：贯穿整个装置的传输装置，传输装置两端分别为上料区和下料区，两区之间设有固晶区，所述固晶区设于气体保护腔室内，所述气体保护腔室内沿传输装置的输送方向依次设有超声波钎料涂敷装置、自动贴片装置和冷却装置，超声波钎料涂敷装置和自动贴片装置均通过机械臂自动完成钎料涂敷和贴片动作。
2.根据权利要求1所述的功率半导体用自动固晶机，其特征在于，传输装置包括传送台和输送轨道，传送台沿着输送轨道往复移动，传送台上设有测量陶瓷电路板高度的激光测高装置。
3.根据权利要求1所述的功率半导体用自动固晶机，其特征在于，上料区与固晶区之间设有预热区，预热区温度为150-500℃，所述预热通过红外加热管或升降式加热台进行预热。
4.根据权利要求1所述的功率半导体用自动固晶机，其特征在于，还包括气体循环净化装置，气体循环净化装置包括循环泵和除氧净化装置，循环泵和除氧净化装置与气体保护腔室串联连接。
5.根据权利要求1所述的功率半导体用自动固晶机，其特征在于，所述气体保护腔室内的气体为氧含量低于500PPM的氮气或氩气。
6.根据权利要求1所述的功率半导体用自动固晶机，其特征在于，超声波钎料涂敷装置包括超声波烙铁和送丝装置，送丝装置将焊丝送入超声波烙铁下方的陶瓷电路板表面。
7.根据权利要求6所述的功率半导体用自动固晶机，其特征在于，超声波烙铁上设有加热装置，加热装置将烙铁加热至150-600℃。
8.根据权利要求6所述的功率半导体用自动固晶机，其特征在于，超声波烙铁的频率为30-80KHZ。
9.根据权利要求1-8任一所述的功率半导体用自动固晶机的固晶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）在上料区将陶瓷电路板加载在传送台上；
2）传送台带着陶瓷电路板进入气体保护腔室；
3）传送台将陶瓷电路板移至超声波钎料涂敷装置下方并进行涂敷钎料；
4）传送台继续移至自动贴片装置下方，自动贴片装置拾取芯片并将其放置在陶瓷电路板的指定位置；
5）继续经过冷却装置冷却后，即固晶完成，传送台移出气体保护腔室进入下料区卸载。
10.根据权利要求9所述的功率半导体用自动固晶机的固晶工艺，其特征在于，所述冷却装置为风冷装置或是带有水冷的冷却板，所述冷却板或为可升降运动的冷却板。
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