CN110238595A - 一种新型焊接装置及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型焊接装置，包括载具、盖板和顶针结构，盖板覆盖在载具上方，顶针结构在载具的下方将载具中的电路板和框架顶出；载具的两端设有匹配盖板的盖板定位针，载具的侧边设有匹配框架的框架定位针，载具上设有匹配电路板的电路板定位针，载具上还设有框架顶出孔和电路板顶出孔；盖板的两端设有与盖板定位针相配合的盖板定位孔，盖板的侧边设有匹配电子元件框架的框架定位针孔，框架定位针孔与框架定位针相适应，盖板的侧边还设有载具框架定位识别孔；顶针结构包括顶针，顶针穿过载具上的框架顶出孔和电路板顶出孔。本申请还公开了该新型焊接装置的制作工艺。采用本申请的焊接装置，能够有效地解决现有回流焊接技术中焊接偏移的问题。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种新型焊接装置及其制作工艺。
背景技术
在半导体封装设计的作业过程中，常见的有PCB板、散热片与框架焊接相结合的工艺设计。在产线量产方案中，为了提高生产效率，框架通常设计为多拼结构。而由于所要焊接的材料不同，在高温焊接过程中存在焊接偏移的问题，影响焊接效果并且降低了作业效率。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种新型焊接装置及其制作工艺，能够解决高温焊接过程中焊接偏移问题，提高作业效率。
本发明的具体内容如下：一种新型焊接装置，包括载具、盖板和顶针结构，所述盖板盖覆在载具上方，所述顶针结构在载具的下方将载具中的电路板顶出；
所述载具的两端设有匹配盖板的盖板定位针，载具的侧边设有匹配框架的框架定位针，载具上设有匹配电路板的电路板定位针，载具上还设有框架顶出孔和电路板顶出孔；
所述盖板的两端设有与盖板定位针相配合的盖板定位孔，盖板的侧边设有匹配电子元件框架的框架定位针孔，框架定位针孔与框架定位针相适应，盖板的侧边还设有载具框架定位识别孔；
所述顶针结构包括顶针，顶针穿过载具上的框架顶出孔和电路板顶出孔。
进一步的，所述载具的侧边分别设有传送边，传送边的高度小于载具整体的高度。
进一步的，所述载具的端部设有载具方向识别槽，盖板对应位置设有盖板方向识别槽，载具方向识别槽和盖板方向识别槽的形状相适应。
进一步的，所述载具上设有若干个贯穿载具的回流热风穿透槽。
进一步的，所述盖板的侧边上设有分离孔，载具位于分离孔正下方的表面处与分离孔不接触。
进一步的，所述载具的侧边上设有开口方向向外的手动取放位，每个分离孔至少有一部分位于手动取放位的上方。
进一步的，所述载具的两侧边分别设有载具定位识别孔，所述盖板的对应位置设有载具框架定位识别孔。
进一步的，所述载具的底面设有磁石安装位。
采用本申请所提供的新型焊接装置，能够保证载具与盖板的定位固定，防止焊接过程中发生偏移。
本发明还提供了一种新型焊接装置的制作工艺，包括
将高硅铝进行老化预加工；将老化后的高硅铝制作成载具；制作盖板和顶针结构。
进一步的，所述高硅铝采用高温老化，高温老化的条件包括：温度为280±5℃，高温时间30min/次，降温时间20min/次，循环次数30次。
本申请的制作工艺，利用高硅铝材料并进行特殊加工工艺及设计结构形成焊接载具，可实现半导体封装中对多拼板铜框架及电路板的自动化精准焊接。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为本申请的载具的示意图；
图2为本申请的载具与盖板组合的示意图；
图3为本申请的载具背面的示意图；
图4为本申请的顶针结构与载具结合的示意图；
图5为本申请的高硅铝材料经过老化实验的长度变化曲线图。
具体实施方式
实施例1
在本实施例的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
在本实施例的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本实施例的载具31、盖板30和顶针结构整体均呈长方形，在实际应用中可根据具体的处理对象、机器规格或者其他因素决定装置的形状和尺寸。焊接的过程中，电路板和多拼铜框架设置在载具31中，盖板30覆盖在载具31的上方，焊接工序完成后将盖板30取下，顶针结构从载具31的下方将电路板顶起，取出进行下一步工序。
焊接工序中，首先需要定位载具31以便机械手将待处理的电路板和铜框架放入其中。见图1，在载具31的右端设置载具传送方向标识4，具体为一箭头标识，可在人工摆放载具上料时，目视检查是否反置。在同一端还设置载具方向识别槽3，载具方向识别槽3为朝右开口的结构，当模具反置流动时，机器可根据此反向特殊标识识别载具是否反向。在载具的两个侧边上分别设置第一载具定位识别孔1和第二载具定位识别孔2，分别设置为靠近左端和右端。第一载具定位识别孔1和第二载具定位识别孔2设计为Φ2.5不倒角对角基准定位孔，该特殊设计可以实现设备自动识别载具位置。在载具的前后两边还分别设有传送边9，传送边9的设计为2mm厚度，传送边9厚度略低于载具整体厚度，可与半导体封装中固晶设备搬送能力匹配。
通过载具定位识别孔、载具方向识别槽3和传送方向标识4，可实现机器自动识别载具位置、人工和机械识别载具是否反向，保证载具的定位效果。
定位载具31后，机器手将多拼板铜框架和电路板置于其上。对于框架的定位采用中间固定位两侧活动定位的结构，具体为载具31后边中央位置设有第一框架定位针10，前边分别设有靠近左右两边的第二框架定位针11和第三框架定位针12，在盖板的对应位置设有与框架定位针的形状相匹配的框架定位孔，分别为第一框架定位针孔32、第二框架定位针孔33和第三框架定位针孔34。框架定位针头部采用圆头设计，可满足框架的准确装配及应对高温焊接过程的微量缩胀。
对于电路板的固定采用电路板定位针，设计框架的一拼为一单元，每个单元中包括第一电路板定位针13和第二电路板定位针14，若干个单元横向并排设置在载具上并且电路板定位针设置在载具的中间位置。本实施例中设置框架为四拼，相应的具有四组电路板定位针，电路板定位针的头部采用圆头设计，配合间隙设计为-5～-60um，可实现PCB电路板与载具的精准定位及取放顺畅。为了方便手动取放产品，在载具上还设置了两组手动取放位，分别为第一手动取放位26、第二手动取放位27、第三手动取放位28和第四手动取放位29，分别设置在载具31的前后两边上，每组手动取放位分别对称设置，手动取放位的大小以人的手指能够放置其中为准。
在将框架和电路板放置在载具31上之后，将盖板30盖设在载具31上方。见图2，首先为了防止放入盖板时发生反向的情况，在盖板30的右端设置盖板方向识别槽45，与载具上的载具方向识别槽3位置和形状均相同。在载具方向识别槽3和盖板方向识别槽45 组成的槽体中放置限位条，即可在盖板反向放置时，料盒根据限位条限制盖板反向放入。
其次是盖板30的定位，盖板30的前后两边分别设有与载具的第一载具定位识别孔1、第二载具定位识别孔2分别相对应的第一载具框架定位识别孔39、第二载具框架定位识别孔40，实现机器对载具的自动识别。
载具31的两端设有盖板定位针，盖板30的两端设有与盖板定位针的形状和尺寸均相匹配的盖板定位孔。其中，盖板定位针在载具31的两端分别设置两个，分别为左端的第一盖板定位针5、第二盖板定位针6和右端的第三盖板定位针7和第四盖板定位针8，两端的盖板定位针分别是对称地设置在载具的长和宽方向的中轴线两侧。相应的，盖板在左端设置第一盖板定位孔35、第二盖板定位孔36，在右端设置第三盖板定位孔37和第四盖板定位孔38，且分别与盖板定位针一一对应。为了增加定位效果，将盖板定位针设置为靠近前后两边，如分别距离前后两边1/4宽处。
盖板定位针设计为Φ4.0，头部采用圆头设计，盖板定位孔设计为Φ4.5，与定位针配合间隙为0.5mm，满足盖板材料与载具材料在高温中不同的膨胀变化要求，且间隙0.5mm为盖板与载具定位针当中间隙配合最小的位置，可保证盖板位移不触碰其它产品定位针。
见图3，除了盖板定位针与盖板定位孔的互相配合，本实施例还设置了通过磁石吸引盖板30增加固定效果的结构。具体的，盖板采用钢板材质，载具的底部设有多个磁石安装位46，采用Φ4*2磁石，根据产品盖板结构特殊均匀布置，磁石与产品距离设计为0.5mm，保证吸力，磁石固定采用三角压紧法，再用高温胶水固定，保证磁石长期高温不脱离。
在载具31上贯穿设置若干个回流热风穿透槽25，回流焊过程中，回流热风通过回流热风穿透槽25上下对流，热量直接作用在焊接产品中，上下均匀，保证产品导热性能良好。本实施例的回流热风穿透槽25分别设置在每个单元的两侧，并且与电路板相对应，共设置8个。
焊接工序完成后，机械手将盖板30取下，通过顶针结构将载具31上的电路板和框架顶出，顶针结构与载具31在竖直方向上相对运动，顶针结构的顶针即可将电路板和框架顶出。
为了方便机械手将盖板30取下，在盖板30的前后边缘设置分别位于手动取放位处的第一分离孔41、第二分离孔42、第三分离孔43和第四分离孔44。孔径设计为Φ3.5，机械手可利用该分离孔，采用探针通过该孔压住下方产品再分离盖板，保证分离过程不粘连。为提高探针压住产品的效果，将分离孔设置为部分悬空在对应的手动取放位上方，部分与载具相接触。
见图4，顶针结构的顶针自下而上穿过载具31上的顶起位将载具上的框架和电路板顶出。顶针的顶起位包括框架顶起位47和电路板顶起位48，框架顶起位47包括载具的前后两边上设置的框架顶出孔，电路板顶起位48包括框架的四个单元中电路板的下方设置的沿载具长度方向的通槽。其中，框架顶出孔包括设置在后边的第一框架定位针10两侧的第一框架顶出孔15和第二框架顶出孔16、设置在第二框架定位针11两侧的第三框架顶出孔17和第四框架顶出孔18、设置在第三框架定位针12两侧的第五框架顶出孔19和第六框架顶出孔20、设置在后边的靠近左右两端的第七框架顶出孔21和第八框架顶出孔22、设置在前边中央位置的第九框架顶出孔23和设置在前边靠近左端的第十框架顶出孔24。电路板顶起位48包括通槽的两端，为了保证顶起效果，每个单元中的通槽均对称设置在沿长度方向的中轴线的两侧，电路板顶起位48分别在电路板下方通槽的两端。通过框架顶起位47和电路板顶起位48的设置，能够在顶起时使载具上的元件均匀受力，方便将元件顶起。
顶针结构还包括将载具固定的底座，在底座上固定设置有顶针，顶针的位置分别与框架顶起位47和电路板顶起位48一一对应，底座的四角分别设置与载具四角规格相适应的固定座，载具的四角，即传送边9的两端均设置为圆角，相应的，固定座也设置为圆角，方便固定定位。
本实施例的载具，从前边至后边，依次设置为传送边9、定位针与识别孔、回流热风穿透槽25、电路板通槽、电路板定位针、电路板通槽、回流热风穿透槽25和传送边9。载具的前边从左至右依次是第十框架顶出孔24、第一载具定位识别孔1、第三框架顶出孔 17、第二框架定位针11、第四框架顶出孔18、第三手动取放位28、第九框架顶出孔23、第四手动取放位29、第五框架顶出孔19、第三框架定位针12和第六框架顶出孔20；后边从左至右依次是第七框架顶出孔21、第二手动取放位27、第一框架顶出孔15、第一框架定位针10、第二框架顶出孔16、第一手动取放位26、第二载具定位识别孔2和第八框架顶出孔22。
通过本实施例的载具、盖板和顶针结构，长度为250mm多拼型铜框架与PCB电路板焊接精度可控制在±0.1mm范围内，解决横向多拼板铜框架与PCB电路板焊接偏移的问题，由于载具和盖板均设置了相应的定位针和识别孔等结构，能够实现机器的自动化识别与载具盖板的定位固定，实现机器自动化陪焊接拆装等作业问题。
实施例2
本实施例公开了一种新型焊接装置的制作工艺，主要包括
选择选择AlSi27型号的高硅铝型材，该材料具有如下特性：成份含量(wt％)：Al-27％Si；热膨胀系数25℃(ppm/℃)：17；导热率25℃(W/mk)：175；密度(g/cm3)：2.64；抗拉强度(Mpa)：130。可见具有与被焊接铜框架最接近的膨胀系数，材料密度小，适用于半导体封装固晶等工序。
采用老化预加工方法，即在机加工前进行规定条件的材料高温老化，老化条件如下：温度设定：280℃±5℃；高温时间：30min/次；降温时间：20min/次；循环次数：30次。见图5，图中为270mm长的材料在老化实验过程中的长度变化情况，可以看出，经过以上预加工方法后，经过30次老化加工，材料的尺寸获得稳定。经过实验验证，长度为250mm 多拼型铜框架与PCB电路板焊接精度可控制在±0.1mm范围内。
将处理后的高硅铝材料制成如实施例1所述的载具，与配套的盖板和顶针结构配合使用，由于高硅铝材料的高温稳定性，保证了框架与电路板之间焊接精度，提高了产品的可靠性。载具的形状采用如实施例1所说的结构功能设计，能够实现自动化装配焊接拆装等作业。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种新型焊接装置，其特征在于：包括载具、盖板和顶针结构，所述盖板覆盖在载具上方，所述顶针结构在载具的下方将载具中的电路板和框架顶出；
所述载具的两端设有匹配盖板的盖板定位针，载具的侧边设有匹配框架的框架定位针，载具上设有匹配电路板的电路板定位针，载具上还设有框架顶出孔和电路板顶出孔；
所述盖板的两端设有与盖板定位针相配合的盖板定位孔，盖板的侧边设有匹配电子元件框架的框架定位针孔，框架定位针孔与框架定位针相适应，盖板的侧边还设有载具框架定位识别孔；
所述顶针结构包括顶针，顶针穿过载具上的框架顶出孔和电路板顶出孔。
2.根据权利要求1所述的新型焊接装置，其特征在于：所述载具的侧边分别设有传送边，传送边的高度小于载具整体的高度。
3.根据权利要求1所述的新型焊接装置，其特征在于：所述载具的端部设有载具方向识别槽，盖板对应位置设有盖板方向识别槽，载具方向识别槽和盖板方向识别槽的形状相适应。
4.根据权利要求1所述的新型焊接装置，其特征在于：所述载具上设有若干个贯穿载具的回流热风穿透槽。
5.根据权利要求1所述的新型焊接装置，其特征在于：所述盖板的侧边上设有分离孔，载具位于分离孔正下方的表面处与分离孔不接触。
6.根据权利要求5所述的新型焊接装置，其特征在于：所述载具的侧边上设有开口方向向外的手动取放位，每个分离孔至少有一部分位于手动取放位的上方。
7.根据权利要求1所述的新型焊接装置，其特征在于：所述载具的两侧边分别设有载具定位识别孔，所述盖板的对应位置设有载具框架定位识别孔。
8.根据权利要求1所述的新型焊接装置，其特征在于：所述载具的底面设有磁石安装位。
9.一种新型焊接装置的制作工艺，其特征在于：包括
将高硅铝进行老化预加工；将老化后的高硅铝制作成载具；制作盖板和顶针结构。
10.根据权利要求1所述的新型焊接装置的制作工艺，其特征在于：所述高硅铝采用高温老化，高温老化的条件包括：温度为280±5℃，高温时间30min/次，降温时间20min/次，循环次数30次。
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