CN111702364B - 一种to-can陶瓷板焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种TO‑CAN陶瓷板焊接方法，陶瓷板焊接方法包括以下步骤：将陶瓷板待焊面与TO底座待焊面相贴合，其中，陶瓷板待焊面和/或TO底座待焊面设置有焊料层,在TO底座的引脚柱与陶瓷板金面之间放置焊料块,将磁性夹具与TO底座吸合以将陶瓷板夹设在TO底座和磁性夹具之间，升温至预设温度范围后将陶瓷板与TO底座焊接且将陶瓷板金面与TO底座的引脚柱焊接。该焊接方法解决了搬运、焊接过程中陶瓷板的易发生位移的问题，提高了产品良率，提升了生产效率。

Description

一种TO-CAN陶瓷板焊接方法

技术领域

本发明属于光通信器件焊接领域，具体涉及一种TO-CAN陶瓷板焊接方法。

背景技术

高速光电器件中应用的TO-CAN元件均需要焊接一个具有高频特性的陶瓷板。考虑到陶瓷板的高频特性，不能使用银浆方式而只能采用金锡焊料(共晶焊)的方式进行焊接，另外从可靠性方面来考虑，采用金锡焊料(共晶焊)方式焊接相比银浆方式也更具优势。因焊接陶瓷板过程中需同时焊接引脚柱和底座以及管芯，所以焊接过程中需要一个插入陶瓷板以及嵌入焊料的步骤。该步骤需要先将陶瓷板与TO底座贴合定位并将金锡焊料块嵌入到引脚柱与陶瓷板之间，通过嵌入的焊料块来挤压陶瓷板，实现陶瓷板位置的定位。而陶瓷板在搬运以及焊接过程中经常会出现脱落、移位、偏转等现象，导致焊接不良，影响产品合格率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种TO-CAN陶瓷板焊接方法，通过磁性夹具实现陶瓷板在焊接过程中的定位功能，达到减小焊料块与陶瓷板间的摩擦和减少焊接过程中陶瓷板移动的目的，同时保证焊料在焊接过程中的铺开。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种TO-CAN陶瓷板焊接方法，所述陶瓷板焊接方法包括以下步骤：

将陶瓷板待焊面与TO底座待焊面相贴合，其中，陶瓷板待焊面和/或TO底座待焊面设置有焊料层；

在所述TO底座的引脚柱与所述陶瓷板金面之间放置焊料块；

将磁性夹具与TO底座吸合以将陶瓷板夹设在TO底座和磁性夹具之间；

升温至预设温度范围以将所述陶瓷板与所述TO底座焊接且将陶瓷板金面与所述TO底座的引脚柱焊接。

在一些实施例中，所述陶瓷板焊接方法还包括：

在焊接过程中或焊接结束后，控制所述磁性夹具消磁以将磁性夹具脱离所述TO底座。

在一些实施例中，所述磁性夹具的材质为永磁体，焊接过程中的最高温度大于所述磁性夹具的居里点。

在一些实施例中，所述磁性夹具的居里点大于或等于焊料熔点，且两者的差值小于25℃；和/或，所述居里点超过285℃。

在一些实施例中，所述磁性夹具的材质为电磁铁，所述控制所述磁性夹具消磁的步骤包括：检测焊接过程中的焊接温度，当焊接温度到达预设值，控制电磁铁断电。

在一些实施例中，所述磁性夹具的材质为电磁铁，所述控制所述磁性夹具消磁的步骤包括：确认焊接过程结束，控制控制电磁铁断电。

在一些实施例中，所述预设温度范围为140℃-360℃。

在一些实施例中，所述磁性夹具的数量至少为两个，两所述磁性夹具将所述陶瓷板夹持在两者之间。

在一些实施例中，每一所述磁性夹具包括横向限位挡块和前向限位挡块，所述陶瓷板的横向两侧的端面与所述TO底座的部分结构齐平，所述陶瓷板的横向两侧的端面以及所述TO底座的部分结构均与对应的所述横向限位挡块贴合，所述前向限位挡块与所述陶瓷板金面贴合。

在一些实施例中，陶瓷板焊接方法还包括：在所述升温步骤之前充入经过预加热的保护性气体。

本发明实施例中的TO-CAN陶瓷板焊接方法，通过磁性夹具的磁吸定位解决了因搬运、焊接过程中陶瓷板发生位移而导致的焊接不良，提高了成品良率；由于磁性夹具已经对陶瓷板起到了定位作用，嵌入到引脚柱和陶瓷板之间的焊料可以缩小尺寸，从而减少了焊料与陶瓷板金面之间的摩擦，降低了陶瓷板金面受损的风险，也降低了人员的操作难度，提高了生产作业速度；在焊接的过程中，受磁性夹具的磁吸力作用，磁性夹具和TO底座对陶瓷板施加挤压力，使得陶瓷板待焊面和TO底座待焊面的焊料熔化后可以均匀铺开。

附图说明

图1为本发明中TO-CAN陶瓷板焊接方法流程图；

图2为本发明一实施例的磁性夹具、陶瓷板及TO底座的轴测图；

图3为本发明一实施例的磁性夹具、陶瓷板及TO底座的俯视图；

附图标记说明

1、TO底座 2、陶瓷板 21、陶瓷板金面

3、磁性夹具 31、横向限位挡块 32、前向限位挡块

4、焊料块 5、引脚柱 6、TO底座待焊面

7、陶瓷板待焊面 8、芯片

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中，“上下方向”、“左右方向”方位或位置关系为基于附图3所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本发明实施例提供一种TO-CAN陶瓷板焊接方法，该方法中所涉及的主要零部件及各零部件间的相对位置示例性地参阅图2。请参阅图1，该陶瓷板焊接方法包括以下步骤：

S1：将陶瓷板待焊面7与TO底座待焊面6相贴合，其中，陶瓷板待焊面7和/或TO底座待焊面6设置有焊料层。示例性地，焊料层中的主要成分为银铅焊料或金锡焊料。在一些实施例中，为了提高焊接的可靠性，主要采用金锡焊料。

需要说明的是，一些实施例中，可以只在陶瓷板待焊面7上设置焊料层；另一些实施例中，可以只在TO底座待焊面6设置焊料层；再一些实施例中，可以在陶瓷板待焊面7以及TO底座待焊面6上各自设置有焊料层。在此不做限制。

在一些实施例中，可以采用溅射或蒸发工艺在陶瓷板待焊面7和/或TO底座待焊面6上形成上述的焊料层，如此能使焊料层能牢固附着在陶瓷板待焊面7和/或TO底座待焊面6上并确保焊料层厚度，在满足功能要求的前提下，使焊料能均匀地附着于陶瓷板待焊面7和/或TO底座待焊面6上，不易脱落。

S2：在TO底座的引脚柱5与陶瓷板金面21之间放置焊料块4。放置焊料块4的步骤可以通过人工或者自动上下料装置来实现。示例性地，焊料块4的主要成分为银铅焊料或金锡焊料。需要说明的是，焊料块4的主要成分与上述焊料层的主要成分可以相同，也可以不同。为了便于统一工艺流程，在一些实施例中，焊料块4与陶瓷板待焊面7和/或TO底座待焊面6设置的焊料层成分相同。为进一步提高焊接后TO底座的引脚柱5与陶瓷板金面21电流导通的可靠性，本实施例中，焊料块4选用金锡焊料。

S3：将磁性夹具3与TO底座1吸合以将陶瓷板2夹设在TO底座1和磁性夹具3之间。通过磁性夹具3与TO底座1之间的磁吸力，对陶瓷板2产生静摩擦挤压，实现对陶瓷板2的定位，防止陶瓷板2在搬运、焊接过程中发生位移导致焊接不良；再者，磁性夹具3在夹持的时候是直接贴合在陶瓷板金面21表面，不会在陶瓷板金面21表面刮擦，因此，不会对其造成损伤。

S4：升温至预设温度范围以将陶瓷板2与TO底座1焊接且将陶瓷板金面21与TO底座的引脚柱5焊接。焊接完成后，可通过人工或者自动上下料装置将TO底座1从磁性夹具3上取下。预设温度范围为根据所采用的焊料的熔点而预先确定的焊接所需温度范围。

本申请实施例的陶瓷板焊接方法，通过磁性夹具3限制陶瓷板2的自由度，使陶瓷板2在转运及焊接的过程中不易发生滑动，减少了由此带来的焊接不良。此外，相比与现有技术，陶瓷板2的定位已由磁性夹具3实现，因此，本发明实施例中的焊料块4尺寸可以比现有技术中的焊料块的尺寸更小，其尺寸只要能够满足嵌入后焊料块4分别与陶瓷板金面21、引脚柱5接触即可。通过缩小焊料块4的尺寸，可以减少其嵌入到陶瓷板金面21和引脚柱5过程中所受的阻力，便于人员或自动上下料装置将焊料块4嵌入，避免了因嵌入阻力使焊料块4未能准确放置到预定位置而在搬运过程中出现松动、脱出，进而导致陶瓷板金面21与引脚柱5间无法导电；同时，减少了嵌入过程中焊料块4与陶瓷板金面21间的摩擦力，降低了损伤陶瓷板金面21的风险。在焊接过程中，受磁性夹具3的磁吸力影响，使焊料熔化后受挤压力作用，焊料在TO底座待焊面6和陶瓷板待焊面7之间均匀铺开，防止空焊。

在本发明实施例中，陶瓷板2的材料包括但不限于氮化铝或者三氧化二铝，为了加快升温过程中热量的传导速度，降低因意外震动、撞击导致陶瓷板2碎裂的风险，在本发明实施例中选用氮化铝作为陶瓷板2的材料。

在本发明实施例中，所采用的焊接方式为共晶焊，实现了金属的低熔点焊接，避免了非金属杂质对芯片8和电路的不利影响，具有热导率高、导电性好、焊接位置机械强度高的特点，共晶焊所采用的焊料由两种不同金属混合而成共晶成分，常用焊料包括金锡焊料、银铅焊料、铅锡焊料；在一些实施例中，为了在提高焊后可靠性的同时控制原材料成本，选用金锡焊料且金锡配比为2：8。

在一些实施例中，陶瓷板焊接方法还包括：在焊接过程中或焊接结束后，控制磁性夹具3消磁以将磁性夹具3脱离TO底座1。如此，能够避免在未消磁的情况下直接取下TO底座1导致焊接区域松动的潜在风险。

控制磁性夹具3消磁的具体实现方式不限。

例如，在一些实施例中，磁性夹具3的材质为永磁体，焊接过程中的最高温度大于磁性夹具3的居里点。当焊接温度达到磁性夹具3的居里点时，磁性夹具3由铁磁性转变为顺磁性，实现磁性夹具3的消磁。需要说明的是，该实施例中，磁性夹具3的居里点大于或等于焊料熔点，当磁性夹具3消磁时，焊料至少有部分已经熔化，也就是说，焊料已经粘接在陶瓷板2与TO底座1之间，陶瓷板2的位置已经相对稳定，因此，即使磁性夹具3因消磁而掉落，也不会对陶瓷板2的定位造成影响。再者，磁性夹具3的材质为永磁体，无需其他附属组件，整体结构简单紧凑，有效控制了生产成本。

在一些实施例中，磁性夹具3的居里点大于或等于焊料熔点，且两者的差值小于25℃。如此，磁性夹具3消磁前焊料已经熔化，实现焊接；特别地，当磁性夹具3的居里点大于焊料熔点，在升温至居里点的这段时间里，能使各位置的焊料均达到熔点，实现充分熔化，提升焊接效果；同时，为了避免过度升温造成不必要的功耗损失以及过高的元器件高温耐受要求所带来的成本增加，降低加热设备的负载及使用成本，将磁性夹具3的居里点和焊料熔点间的差值限制在25℃以内。

在一些实施例中，所用金锡焊料的熔点为285℃，为了使升温达到金锡焊料熔点后使焊料充分熔化，提高共晶焊接合格率，居里点超过285℃。

在一些实施例中，磁性夹具3的材质为电磁铁，控制磁性夹具3消磁的步骤包括：检测焊接过程中的焊接温度，当焊接温度到达预设值，控制电磁铁断电，以此实现电磁铁的消磁。例如，可以通过温度传感器实时检测焊接处的温度，当焊接处的温度升高至预设值，温度传感器随即发出信号给控制器，控制器切断电磁铁的供电，使电磁铁消磁。温度传感器的类型包括但不限于接触式热电偶传感器、非接触式红外温度传感器。磁性夹具3采用电磁铁的方式，根据不同焊料的熔点，可调整温度感应器的阈值，并能通过电流大小来调节磁吸力的大小，从而适应不同种类的焊料及焊接温度。

在另一些实施例中，磁性夹具3的材质为电磁铁，控制磁性夹具3消磁的步骤包括：确认焊接过程结束，控制电磁铁断电。确认焊接过程结束的方式不限，例如，一实施例中，通过温度传感器直接测量焊接处温度，当检测到温度先逐渐上升到一定的数值，然后在逐渐降低至预设的某一数值时，则认定焊接过程结束。另一实施例中，通过时间焊接时间来确定焊接过程结束，具体地，假如焊接过程需要的时间为1min,当焊接开始后，经过1min后则默认焊接过程已经结束。

在一些实施例中，陶瓷板2上安装的芯片8所能承受的最高温度为360℃，所采用的各种焊料中最低熔点为140℃，为实现焊料的充分熔化，防止芯片8失效，预设温度范围为140℃-360℃。

可以理解的是，磁性夹具3需要避让安装于陶瓷板金面21上的芯片8，防止磁性夹具3与陶瓷板2贴合时对芯片8造成损伤。

在一些实施例中，磁性夹具3的数量至少为两个，参阅图3，两个磁性夹具3将陶瓷板2夹持在两者之间，实现陶瓷板2左右方向的固定，每一磁性夹具3包括横向限位挡块31和前向限位挡块32，参阅图3，陶瓷板2的横向两侧的端面与TO底座1的部分结构齐平，陶瓷板2的横向两侧的端面以及TO底座1的部分结构均与对应的横向限位挡块31贴合，前向限位挡块32与陶瓷板金面21贴合。通过横向限位挡块31限制了陶瓷板2和TO底座1在左右方向上的自由度，防止滑移，同时便于磁性夹具3与陶瓷板2贴合时左右方向上的定位，前向限位挡块32既能通过它与TO底座1之间的磁吸力来实现对陶瓷板2的夹持，又限制了陶瓷板2和TO底座1在上下方向上的自由度，同时便于磁性夹具3与陶瓷板2贴合时上下方向上的定位，综上，通过横向限位挡块31和前向限位挡块32提高了陶瓷板2焊接时的定位精度。

在一些实施例中，在升温步骤之前充入经过预加热的保护性气体。一方面保护性气体能够防止焊接升温的过程中元器件出现氧化，尤其是防止因焊料产生氧化层而导致焊后出现空洞，影响焊接效果；另一方面，通过对充入地保护性气体进行预加热，加快了升温的速度，节省了时间，提高了生产效率。在一些实施例中，所充入的保护气体包括但不限于氮气、氢气、氮氢混合气体。在本发明实施例中，从使用成本方面考虑，所充入的保护性气体为氮气。

在一些实施例中，为避免焊接过程中元器件及焊料出现氧化，可采用抽真空的方式来避免上述情况的发生。

在一些实施例中，在磁性夹具3消磁后或者焊接过程完成后，TO底座1直接落入冷却区域，也可由人工或者自动装置将TO底座1取下转送至冷却区域，在冷却区域中通过冷却气流直接对TO底座1进行冷却，从而减少冷却时间，提高生产效率。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种TO-CAN陶瓷板焊接方法，其特征在于，所述陶瓷板焊接方法包括以下步骤：

将陶瓷板待焊面与TO底座待焊面相贴合，其中，陶瓷板待焊面和/或TO底座待焊面设置有焊料层；

在所述TO底座的引脚柱与陶瓷板金面之间放置焊料块；

提供磁性夹具，其中，所述磁性夹具的数目为两个，所述磁性夹具构造为：所述磁性夹具包括横向限位挡块和前向限位挡块；

将磁性夹具与TO底座吸合以将陶瓷板夹设在TO底座和磁性夹具之间，且将所述陶瓷板夹持在两所述磁性夹具之间，所述陶瓷板的横向两侧的端面以及所述TO底座的部分结构均与对应的所述横向限位挡块贴合，所述前向限位挡块与所述陶瓷板金面贴合；

升温至预设温度范围以将所述陶瓷板与所述TO底座焊接且将陶瓷板金面与所述TO底座的引脚柱焊接。

2.根据权利要求1所述的陶瓷板焊接方法，其特征在于：所述陶瓷板焊接方法还包括：

在焊接过程中或焊接结束后，控制所述磁性夹具消磁以将磁性夹具脱离所述TO底座。

3.根据权利要求2所述的陶瓷板焊接方法，其特征在于：所述磁性夹具的材质为永磁体，焊接过程中的最高温度大于所述磁性夹具的居里点。

4.根据权利要求3所述的陶瓷板焊接方法，其特征在于：所述磁性夹具的居里点大于或等于焊料熔点，且两者的差值小于25℃；和/或，所述居里点超过285℃。

5.根据权利要求2所述的陶瓷板焊接方法，其特征在于：所述磁性夹具的材质为电磁铁，所述控制所述磁性夹具消磁的步骤包括：检测焊接过程中的焊接温度，当焊接温度到达预设值，控制电磁铁断电。

6.根据权利要求2所述的陶瓷板焊接方法，其特征在于：所述磁性夹具的材质为电磁铁，所述控制所述磁性夹具消磁的步骤包括：确认焊接过程结束，控制电磁铁断电。

7.根据权利要求1所述的陶瓷板焊接方法，其特征在于：所述预设温度范围为140℃-360℃。

8.根据权利要求1所述的陶瓷板焊接方法，其特征在于：所述陶瓷板的横向两侧的端面与所述TO底座的部分结构齐平。

9.根据权利要求1所述的陶瓷板焊接方法，其特征在于：陶瓷板焊接方法还包括：在所述升温步骤之前充入经过预加热的保护性气体。

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