CN110899978A - 一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件及其附着方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件及其方法，包括下模块和与下模块配合使用的上模块，所述下模块中心开设有下陶瓷盖板定位槽；所述金锡焊环靠近边缘的位置设置有焊接点，所述焊接点上方设置有上下移动的激光焊枪；所述上模块中部开始有容纳陶瓷盖板的上陶瓷盖板容纳槽，所述下模块和上模块配合合模时，上陶瓷盖板容纳槽外缘与金锡焊环配合接触。通过使用本申请所述的组件及其相应的方法，可以在封装前，通过下陶瓷盖板定位槽将陶瓷盖板和金锡焊环位置精确定位，并激光点焊方式附着，可以保证位置精度，在后续的封装中一次贴片即可，提高加工效率和加工精度，避免出现漏气等不良现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件及其附着方法。
背景技术
现有的光通讯芯片封装过程中，需要将陶瓷盖板、金锡焊料等与管壳配合低温烧结密封，在此过程中，陶瓷盖板和金锡焊料是分次贴片操作的，这样会导致贴片次数增加，成本增加，其次，多次贴片定位精度低，使得盖板在焊接结束后位置有所偏离，也容易导致焊料位置不精确，导致漏气。现有技术急需一种能将金锡焊料精准附着在陶瓷基板上的陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件及其附着方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种能将金锡焊料精准附着在陶瓷基板上的陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件及其附着方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，包括下模块和与下模块配合使用的上模块，所述下模块中心开设有下陶瓷盖板定位槽，所述陶瓷盖板和金锡焊环依次放置在下陶瓷盖板定位槽内；所述陶瓷盖板外缘和/或金锡焊环外缘与下陶瓷盖板定位槽内缘配合定位；
所述金锡焊环靠近边缘的位置设置有焊接点，所述焊接点上方设置有上下移动的激光焊枪；
所述上模块中部开始有容纳陶瓷盖板的上陶瓷盖板容纳槽，所述下模块和上模块配合合模时，上陶瓷盖板容纳槽外缘与金锡焊环配合接触。
通过使用本申请所述的组件，可以在封装前，通过下陶瓷盖板定位槽将陶瓷盖板和金锡焊环位置精确定位，并激光点焊方式附着，可以保证位置精度，在后续的封装中一次贴片即可，提高加工效率和加工精度，避免出现漏气等不良现象。
作为优选的，所述陶瓷盖板包括中部陶瓷板芯和通过真空镀膜形成的镀镍层和镀金层；所述陶瓷盖板中部设置有定位凸台，定位凸台外围为盖板焊接环区域；所述金锡焊环中部的环孔与定位凸台适配定位。这样的设计，金锡焊环可以通过定位凸台先定位，进一步提高定位精度。
作为优选的，所述上陶瓷盖板容纳槽外缘为向下凸起的压边，所述上陶瓷盖板容纳槽深度大于定位凸台厚度；所述下模块和上模块配合合模时，压边将金锡焊环压紧在盖板焊接环区域；所述金锡焊环与盖板焊接环区域之间设置有金锡浆料，所述金锡浆料附着的位置与焊接点适配。这样的设计，可以在焊接前，通过压边将金锡焊环压紧在盖板焊接环区域，使得焊接顺利进行，避免虚焊。通过在焊接点下部的金锡焊环与盖板焊接环区域之间设置金锡浆料，可以更好的将两者通过金锡浆料粘接，即使在金锡焊环和盖板焊接环区域之间存在配合缝隙的前提下， 依然可以通过金锡浆料传导激光热量，实现电焊，保证零虚焊。
作为优选的，所述上模块上部设置有加压装置。这样的设计，是对方案的进一步优化。
作为优选的，所述陶瓷盖板和金锡焊环均为矩形，所述焊接点设置在金锡焊环四角；所述下陶瓷盖板定位槽也为矩形，在四角向外扩展形成弧形的焊接槽。这样的设计，在焊接点外围设计一个可操作区域，避免与槽体干涉。
作为优选的，所述上模块呈矩形块状，所述上模块四角开设有弧形缺口；所述下模块和上模块配合合模时，弧形缺口与焊接槽配合形成焊接操作空间区域。在焊接点外围设计一个可操作区域，避免与槽体干涉。
一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着方法，使用到陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，包含以下步骤：
第一步，成型陶瓷盖板：将陶瓷盖板通过真空镀膜方式依次获得镀镍层和镀金层，镀镍层厚度为3-8 μm，镀金层为0.5-1.8μm；
第二步，成型金锡焊环：将AU80SN20合金铸锭压成箔带材，将箔带材冲压获得与陶瓷盖板尺寸匹配的金锡焊环；金锡焊环厚度为 50-200μm；
第三步，安放组件，将金锡焊环中部的环孔与定位凸台适配定位；将陶瓷盖板与下陶瓷盖板定位槽配合定位；下模块和上模块配合合模，压边将金锡焊环压紧在盖板焊接环区域；
第四步，激光点焊，使用激光焊枪，在焊接点进行作业，将金锡焊环四角与陶瓷盖板四角焊接附着；
第五步，开模检测。
通过这样的方法，可以获得位置精度高的陶瓷盖板和金锡焊环附着组件，在后续的封装中减少贴片次数，提高加工效率和效果。
作为优选的，上模块与下模块合模时，加压装置在上模块上施加的压力为1-100牛。这样的设计，可以保证压边将金锡焊环压紧在盖板焊接环区域。
作为优选的，激光点焊时的作业参数：光斑尺寸5-100微米，频率10-80HZ，功率10-300瓦。这样的设计可以保证激光焊接的顺利进行，保证焊接效果。
作为优选的，激光点焊的区域面积为直径小于0.2mm。这样小的焊接面积可以保证焊接的外观质量，不会影响后续回流焊接的质量（焊斑大的地方会引起过度焊接，引起空焊）。
作为优选的，在步骤三中，在金锡焊环与定位凸台适配定位前，在盖板焊接环区域的上表面四角位置附着金锡浆料，在附着金锡浆料之后，将金锡焊环中部的环孔与定位凸台适配定位；所述附着金锡浆料的位置与焊接点位置适配。通过在焊接点下部的金锡焊环与盖板焊接环区域之间附着金锡浆料，可以在合模之后，盖板焊接环区域与金锡焊环之间在焊接点位置，通过金锡浆料粘接保证激光热量的传导性，即使在金锡焊环和盖板焊接环区域之间存在配合缝隙的前提下， 依然可以通过金锡浆料传导激光热量，实现电焊，保证零虚焊。
作为优选的，所述金锡浆料中Au粉与Sn粉按重量比80：20，有机溶剂所占的百分含量为10-45%；所述金锡浆料的附着方式为丝网印刷或者点胶方式；金锡浆料在每个附着位置的附着量为0.05-2ml。这样的设计，是对金锡浆料组分的一种实施方式。
本发明的优点和有益效果在于：通过使用本申请所述的组件，可以在封装前，通过下陶瓷盖板定位槽将陶瓷盖板和金锡焊环位置精确定位，并激光点焊方式附着，可以保证位置精度，在后续的封装中一次贴片即可，提高加工效率和加工精度，避免出现漏气等不良现象。
附图说明
图1为本发明下模块与上模块分离状态示意图；
图2为本发明下模块结构示意图；
图3为本发明上模块结构示意图；
图4为下模块与上模块合模状态示意图（俯视，省略激光焊枪和加压装置）；
图5为本发明焊接作业结构示意图(侧视视角）；
图6为本发明陶瓷盖板与金锡焊环分离结构示意图；
图7为本发明陶瓷盖板与金锡焊环之间存在间隙结构示意图；
图8为本发明陶瓷盖板与金锡焊环之间存在间隙情况下，步骤三中金锡浆料附着后，合模前结构示意图；
图9为本发明陶瓷盖板与金锡焊环之间存在间隙情况下，步骤三中金锡浆料附着后，合模后结构示意图。
图中：1、下模块；2、上模块；3、下陶瓷盖板定位槽；5、陶瓷盖板；7、金锡焊环；8、焊接点；9、激光焊枪；10、上陶瓷盖板容纳槽；11、定位凸台；12、盖板焊接环区域；13、压边；14、加压装置；15、焊接槽；16、弧形缺口；17、金锡浆料；18、间隙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图9所示，
实施例1
一种陶瓷盖板5的金锡焊料激光附着组件，包括下模块1和与下模块1配合使用的上模块2，所述下模块1中心开设有下陶瓷盖板定位槽3，所述陶瓷盖板5和金锡焊环7依次放置在下陶瓷盖板定位槽3内；所述陶瓷盖板5外缘和/或金锡焊环7外缘与下陶瓷盖板定位槽3内缘配合定位；
所述金锡焊环7靠近边缘的位置设置有焊接点8，所述焊接点8上方设置有上下移动的激光焊枪9；
所述上模块2中部开始有容纳陶瓷盖板5的上陶瓷盖板容纳槽10，所述下模块1和上模块2配合合模时，上陶瓷盖板容纳槽10外缘与金锡焊环7配合接触。
所述陶瓷盖板5包括中部陶瓷板芯和通过真空镀膜形成的镀镍层和镀金层；所述陶瓷盖板5中部设置有定位凸台11，定位凸台11外围为盖板焊接环区域12；所述金锡焊环7中部的环孔与定位凸台11适配定位。
所述上陶瓷盖板容纳槽10外缘为向下凸起的压边13，所述上陶瓷盖板容纳槽10深度大于定位凸台11厚度；所述下模块1和上模块2配合合模时，压边13将金锡焊环7压紧在盖板焊接环区域12。所述金锡焊环7与盖板焊接环区域12之间设置有金锡浆料17，所述金锡浆料17附着的位置与焊接点8适配。
所述上模块2上部设置有加压装置14。所述加压装置14为弹簧或者气缸等。
所述陶瓷盖板5和金锡焊环7均为矩形，所述焊接点8设置在金锡焊环7四角；所述下陶瓷盖板定位槽3也为矩形，在四角向外扩展形成弧形的焊接槽15。
所述上模块2呈矩形块状，所述上模块2四角开设有弧形缺口16；所述下模块1和上模块2配合合模时，弧形缺口16与焊接槽15配合形成焊接操作空间区域。
实施例2
一种陶瓷盖板5的金锡焊料激光附着方法，使用到实施例1中的陶瓷盖板5的金锡焊料激光附着组件，包含以下步骤：
第一步，成型陶瓷盖板5：将陶瓷盖板5通过真空镀膜方式依次获得镀镍层和镀金层，镀镍层厚度为3-8 μm，镀金层为0.5-1.8μm；
第二步，成型金锡焊环7：将AU80SN20合金铸锭压成箔带材，将箔带材冲压获得与陶瓷盖板5尺寸匹配的金锡焊环7；金锡焊环7厚度为50-200μm；
第三步，安放组件，将金锡焊环7中部的环孔与定位凸台11适配定位；将陶瓷盖板5与下陶瓷盖板定位槽3配合定位；下模块1和上模块2配合合模，压边13将金锡焊环7压紧在盖板焊接环区域12（这样可以保证四个焊接点8位置金锡焊环7和盖板焊接环区域12紧密接触，不留有任何空隙）；
第四步，激光点焊，使用激光焊枪9，在焊接点8进行作业，将金锡焊环7四角与陶瓷盖板5四角焊接附着；优选德国 IPG-QCW150W 多模激光器，入射光斑20mm的SCANLAB振镜、入射光斑20mm、焦距F160mm的场镜组合的激光焊接机。
第五步，开模检测。
上模块2与下模块1合模时，加压装置14在上模块2上施加的压力为1-100牛。
激光点焊时的作业参数为光斑尺寸5-100微米，频率10-80HZ，功率10-300瓦。
激光点焊的区域面积为直径小于0.2mm。
实施例3
对实施例2的进一步优化，在步骤三中，在金锡焊环7与定位凸台11适配定位前，在盖板焊接环区域12的上表面四角位置附着金锡浆料17，在附着金锡浆料17之后，将金锡焊环7中部的环孔与定位凸台11适配定位；所述附着金锡浆料的17位置与焊接点8位置适配。
所述金锡浆料17中Au粉与Sn粉按重量比80：20，有机溶剂所占的百分含量为10-45%；所述金锡浆料17的附着方式为丝网印刷或者点胶方式；金锡浆料17在每个附着位置的附着量为0.05-2ml。
优选，金锡浆料通过以下方式制得：首先将金锡粉末（粒径10nm-5微米）或者将Au粉、Sn粉按重量比80：20混合成金属粉末；
将上步所得粉体、增塑剂和有机溶剂加入到混料机中，其中有机溶剂所占的百分含量为10-45%；将粉体、增塑剂和有机溶剂在35-50℃温度下密封搅拌，混料机的旋转速度为205-315转/min，混料时间24-120h，得到具有合理的粘稠度的浆料，然后对浆料进行抽真空除泡。
优选，所述增塑剂包括PVB、乙酸乙酯。
优选，所述有机溶剂包括丁酮、酒精和丙酮。
在金锡焊环7与定位凸台11适配定位前，金锡浆料17呈现滴状附着在盖板焊接环区域12的上表面四角位置，在合模之后，在压边13将金锡焊环7压紧在盖板焊接环区域12，滴状金锡浆料17被挤压至薄层状，上表面和下表面分别与与金锡焊环7下表面和盖板焊接环区域12上表面粘接，在金锡焊环7存在局部变形的情况下，依然可以依靠金锡浆料17与陶瓷盖板5的热传导性；
在实践中发现，在没有金锡浆料17的情况下，焊接点8下部的金锡焊环7存在局部变形的情况下，焊接点8下部的金锡焊环7会与盖板焊接环区域12存在间隙18，在后期的激光点焊中，热量无法通过间隙传导至盖板焊接环区域12上表面，导致虚焊。
本申请中，对金锡浆料17的增加和使用，很好的解决了上述风险，可以做到零虚焊。
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，在不脱离本发明技术原理的前下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，其特征在于：包括下模块和与下模块配合使用的上模块，所述下模块中心开设有下陶瓷盖板定位槽，所述陶瓷盖板和金锡焊环依次放置在下陶瓷盖板定位槽内；所述陶瓷盖板外缘和/或金锡焊环外缘与下陶瓷盖板定位槽内缘配合定位；
所述金锡焊环靠近边缘的位置设置有焊接点，所述焊接点上方设置有上下移动的激光焊枪；
所述上模块中部开始有容纳陶瓷盖板的上陶瓷盖板容纳槽，所述下模块和上模块配合合模时，上陶瓷盖板容纳槽外缘与金锡焊环配合接触。
2.如权利要求1所述的一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，其特征在于：所述陶瓷盖板包括中部陶瓷板芯和通过真空镀膜形成的镀镍层和镀金层；所述陶瓷盖板中部设置有定位凸台，定位凸台外围为盖板焊接环区域；所述金锡焊环中部的环孔与定位凸台适配定位。
3.如权利要求2所述的一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，其特征在于：所述上陶瓷盖板容纳槽外缘为向下凸起的压边，所述上陶瓷盖板容纳槽深度大于定位凸台厚度；所述下模块和上模块配合合模时，压边将金锡焊环压紧在盖板焊接环区域；所述金锡焊环与盖板焊接环区域之间设置有金锡浆料，所述金锡浆料附着的位置与焊接点适配。
4.如权利要求3所述的一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，其特征在于：所述上模块上部设置有加压装置。
5.如权利要求3所述的一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，其特征在于：所述陶瓷盖板和金锡焊环均为矩形，所述焊接点设置在金锡焊环四角；所述下陶瓷盖板定位槽也为矩形，在四角向外扩展形成弧形的焊接槽。
6.如权利要求5所述的一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，其特征在于：所述上模块呈矩形块状，所述上模块四角开设有弧形缺口；所述下模块和上模块配合合模时，弧形缺口与焊接槽配合形成焊接操作空间区域。
7.一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着方法，其特征在于：使用到权利要求6所述的陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，包含以下步骤：
第一步，成型陶瓷盖板：将陶瓷盖板通过真空镀膜方式依次获得镀镍层和镀金层，镀镍层厚度为3-8μm，镀金层为0.5-1.8μm；
第二步，成型金锡焊环：将AU80SN20合金铸锭压成箔带材，将箔带材冲压获得与陶瓷盖板尺寸匹配的金锡焊环；金锡焊环厚度为 50-200μm；
第三步，安放组件，将金锡焊环中部的环孔与定位凸台适配定位；将陶瓷盖板与下陶瓷盖板定位槽配合定位；下模块和上模块配合合模，压边将金锡焊环压紧在盖板焊接环区域；
第四步，激光点焊，使用激光焊枪，在焊接点进行作业，将金锡焊环四角与陶瓷盖板四角焊接附着；
第五步，开模检测。
8.如权利要求7所述的陶瓷盖板的金锡焊料激光附着方法，其特征在于：上模块与下模块合模时，加压装置在上模块上施加的压力为 1-100牛。
9.如权利要求7所述的陶瓷盖板的金锡焊料激光附着方法，其特征在于：激光点焊时的作业参数为：光斑尺寸5-100微米，频率10-80HZ，功率10-300瓦；激光点焊的区域面积为直径小于0.2mm。
10.如权利要求7所述的陶瓷盖板的金锡焊料激光附着方法，其特征在于：在步骤三中，在金锡焊环与定位凸台适配定位前，在盖板焊接环区域的上表面四角位置附着金锡浆料，在附着金锡浆料之后，将金锡焊环中部的环孔与定位凸台适配定位；所述附着金锡浆料的位置与焊接点位置适配。
11.如权利要求10所述的陶瓷盖板的金锡焊料激光附着方法，其特征在于：所述金锡浆料中Au粉与Sn粉按重量比80：20，有机溶剂所占的百分含量为10-45%；所述金锡浆料的附着方式为丝网印刷或者点胶方式；金锡浆料在每个附着位置的附着量为0.05-2ml。
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