CN111922469A - 一种双热源真空回流炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双热源真空回流炉，包括炉体，所述炉体内设置有加热区；传送装置，样品固定在所述传送装置上，所述传送装置将样品自所述炉体一端输送至所述炉体另一端；第一热源和第二热源，设置在所述加热区，用于提供样品焊接的温度，其中，所述第一热源提供热风加热，所述第二热源提供辐射热，所述第一热源和所述第二热源的共同作用，使炉体内升温快、温度更加均匀，以提高样品的焊接质量。

Description

一种双热源真空回流炉

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及对半导体元件进行共晶焊接的真空回流炉。

背景技术

共晶焊接技术在电子封装行业具有广泛的应用，如晶片与基板的粘接、基板与管壳的粘接、管壳封帽等等。与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊接具有热导率高、热阻低、传热快、可靠性强、粘接后强度大的优点，适用于高频、大功率器件中晶片与基板、基板与管壳的互联。

随着LED技术的高速发展，LED晶片及封装越来越向大功率和集成方向发展，传统的银胶粘接工艺已经很难满足LED晶片的焊接工艺要求，因而，越来越多的LED封装厂家开始尝试其他更先进的焊接工艺来实现LED晶片与支架的粘接，其中，共晶焊接技术被普通认为具有很好的应用前景。

然而，由于LED晶片的共晶熔点大约在300℃以上，而现有技术的LED晶片共晶焊接设备一般采用热风回流炉作为加热装置，这种加热装置加热速度慢、且加热能够达到的最高温度比较低。另外，现有技术中还有采用红外焊接技术的方案，这种方案虽然有热源控制方便、升温速度容易控制的优点，但也存在很多缺点，如更多的感光点会被遮蔽、较少的统一加热、元件和PCB质量的不同会影响加热效果、温差较大等。

发明内容

本发明提供了一种双热源真空回流炉，可以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种双热源真空回流炉，包括

炉体，所述炉体内设置有加热区；

传送装置，样品固定在所述传送装置上，所述传送装置将样品自所述炉体一端输送至所述炉体另一端；

第一热源和第二热源，设置在所述加热区，用于提供样品焊接的温度，其中，所述第一热源提供热风加热，所述第二热源提供辐射热，所述第一热源和所述第二热源的共同作用，使炉体内升温快、温度更加均匀，以提高样品的焊接质量。

较佳地，所述第一热源、所述第二热源分别从所述传送装置的不同方向加热样品。

较佳地，所述第一热源包括若干电阻丝，所述第一热源分别均匀布设在所述传送装置的正面以及所述传送装置的背面；所述第二热源包括若干红外石英灯，所述第二热源分别均匀布设在所述传送装置的两个侧面。在炉体的顶部、底部安装热电阻丝用于产生热风；在左右两侧安装红外石英灯用于产生辐射能；双热源保证了加热板的升温速度快、温度均匀，能够快速融化锡膏，减少样品空洞率的产生；

较佳地，还包括有一控制系统，所述控制系统分别与所述第一热源及所述第二热源连接，所述控制系统控制所述第一热源与所述第二热源输出的热量比为：60％～75％：25％～40％，使炉体的加热区能够快速升温，降低焊接样品的空洞率。

较佳地，所述第一热源分别对称布设在所述炉体内的顶部和底部，所述第二热源分别对称布设在所述炉体内的两侧。使第一热源、第二热源在炉体内均匀布设，保证加热板受热均匀。

较佳地，所述炉体内还设置有冷却区，所述冷却区位于所述炉体的后端，焊接完成后的样品在所述冷却区完成冷却；所述冷却区采用半导体制冷芯片作为冷源，具有快速冷却的优点。

较佳地，所述炉体内还设置有若干等离子风扇，使电阻丝的的热量、半导体制冷芯片的冷量分散均匀。

较佳地，所述传送装置上固定有加热板，样品放置在所述加热板上加热；所述加热板为碳化硅材质，且涂有光学涂层。增加辐射能的吸收，使得加热板能快速升温。

较佳地，所述加热板可拆卸的固定在所述传送装置上，方便将加热板拆卸后进行清洗、维护。

较佳地，还包括电源，所述电源通过整流桥与各元器件连接，将交流电转换为直流电，为各元器件供电。

较佳地，还包括有温度传感器，控制系统根据所述温度传感器反馈的温度信息，控制所述传送装置的传送速度、控制所述第一热源及所述第二热源的输出功率以及控制风机的功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，在炉体的顶部、底部安装热电阻丝用于产生热风；在左右两侧安装红外石英灯用于产生辐射能；加热装置上采用氮化硅材质的加热板，且涂有光学涂层，增加辐射能的吸收，使得加热板能快速升温；第一热源、第二热源以及加热板之间的协同作用，保证了加热板的升温速度快、温度均匀，能够快速融化锡膏，减少样品空洞率的产生。

第二，炉体的顶部、底部的电阻丝对称且均匀分布，左右两侧的红外石英灯对称且均匀分布，以及采用等离子风扇，使加热区的温度分布更加均匀，采用电阻丝与红外石英灯作为热源，降低了真空回流炉的成本，且焊接过程也更加安全。

第三，炉体冷却的顶部、底部分别设置半导体制冷芯片，实现加热板快速降温，固化锡膏快速焊接，提高了焊接的速度。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的双加热真空回流炉的一个截面示意图；

图2是本发明实施例1的双加热真空回流炉的另一截面示意图；

图3是本发明实施例1的双加热真空回流炉的控制原理图；

图4是本发明对比例1中样品焊接的升温曲线图；

图5是本发明实施例2的样品焊接的升温曲线图。

附图标记：炉体100；加热区1；冷却区2；传送装置3；温度传感器4；整流桥5；半导体制冷芯片6；加热板7；等离子风扇8；电源9；样品10；第一热源11；第二热源12；控制系统40。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种双热源真空回流炉，参见图1-图3，其中，回流炉包括炉体100，炉体100为卧式柱体，高度约2m，炉体100内设置有加热区1、冷却区2、传送装置3，传送装置3位于炉体100内，样品固定在传送装置3上，再由传送装置3将样品自炉体100一端输送至另一端；第一热源11和第二热源12，设置在加热区1，用于提供样品焊接的温度，第一热源11、第二热源12分别从传送装置3的不同方向加热样品，使炉体100内升温块、温度更加均匀。

图1为真空回流炉的沿轴向纵剖的截面示意图，图2为真空回流炉沿轴向横剖的截面示意图。

本实施例中，炉体100为一两端开口中空的柱体，传送装置3为传送带，第一热源11包括若干电阻丝，第一热源分11别均匀布设在传送装置3的正面以及传送装置3的背面；第二热源12包括若干红外石英灯，第二热源12分别均匀布设在传送装置3的两个侧面。第一热源11提供的热量在在炉体100内上下对流，第二热源12提供辐射热，使得加热区1能够实现快速升温。

本实施例中，还包括有一控制系统40，控制系统40分别与第一热源11及第二热源12连接，控制系统40控制第一热源11与第二热源12输出预定的热量比，使得加热区1能够实现快速升温。

其中，电阻丝均匀分布在传送装置3的正面即背面，固定在炉体100的顶部及底部，电阻丝在炉体100的顶部和底部对称分布，能够对加热板均匀加热。红外石英灯均匀分布在传送装置3的两侧，固定在炉体100的左侧侧壁和右侧侧壁，并且在左右两侧对称分布，提供均匀的辐射能。

本实施例中，炉体100内还设置有冷却区2，冷却区2位于炉体100的后端，后端即炉体100的出口端。焊接完成后的样品在冷却区完成冷却；冷却区2采用半导体制冷芯片6作为冷源。利用半导体制冷芯片6实现对加热板7的冷却，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的芯片时，在芯片的两端分别吸收热量和放出热量。半导体制冷芯片6体积小，适用于炉体100有限的空间内、可靠性高、且不会产生制冷剂污染，并且能够达到快速制冷的效果。

本实施例中，炉体100内还设置有若干等离子风扇8，等离子风扇8均匀布设在炉体100的顶端以及底端，等离子风扇8将电阻丝产生的热量在炉体100内流通，使样品接受正面以及背面的热风加热。且加热区1、冷却区2均同时布设，等离子风扇8能够使电阻丝产生的热量在加热区1均匀分布，以及将半导体制冷芯片6产生的冷气均匀散发至冷却区2中去。同时，等离子风扇8还能够净化炉体100内的气氛，保证样品焊接的质量。

具体的，等离子风扇8直接固定在炉体100的上下侧壁，电阻丝悬设在炉体100内并位于传送装置3与等离子风扇8之间，如，电阻丝可通过支撑杆固定在炉体100的上下侧壁。同时，半导体制冷芯片6悬设在炉体100内并位于传送装置3与等离子风扇8之间。使位于炉体100顶部的等离子风扇8工作时，能够将电阻丝产生的热量以及半导体制冷芯片6产生的冷量自上而下的输送，而位于炉体100底部的等离子风扇8，能够将将电阻丝产生的热量以及半导体制冷芯片6产生的冷量自下而上的输送，从而有利于热风、冷量形成上下循环，提高热风、冷量的加热、冷却效率。

其中，加热区1包括预热区、恒温区和真空区，第一热源11在预热区、恒温区和真空区均匀布设，第一热源11、第二热源12、等离子风扇8布设的数量、密度以及具体的布设位置，可以根据实际需要进行设置，并不用于限制本发明的保护范围，此处不再限制。其中，可以通过采用向真空区内填充热的惰性气体的方式制造真空，或在真空区设置挡板，通过抽真空的方式制造真空区，具体制造真空的方式应根据实际需求进行设置，并不用于限制本发明的保护范围。

本实施例中，传送装置3上固定有加热板7，样品10放置在加热板7上加热，加热板7为氮化硅材质，并涂有光学涂层，增加辐射能的吸收，第一热源11、第二热源12以及加热板7的协同作用，使得加热板7能够快速升温。

加热板7可拆卸的固定在传送装置3上，方便加热板7拆卸清洗，降低维护成本。加热板7上设置卡脚，传送带上设置对应的卡口，加热板7通过卡脚可拆卸的固定在传送带上。

本实施例中，还包括电源9，电源9通过整流桥5与各元器件连接，为第一热源11、第二热源12、半导体制冷芯片6、等离子风扇8供电。

炉体100内还包括有温度传感器4，控制系统40根据温度传感器4反馈的温度信息，控制传送装置3的传送速度、控制第一热源11及第二热源12的输出功率以及控制等离子风扇8的功率。具体的，温度传感器4即时反馈加热区1的温度，当加热区1内的温度低于预设值时，即给到一电信号给控制系统40，控制系统40根据接收到的电信号的大小，控制降低传送装置3的传送速度、提高第一热源11及第二热源12的功率或降低等离子风扇8的功率，直至加热区1的温度达到预设值。

具体的，预热区、恒温区、真空区、冷却区可以分别设有所述的温度传感器4，以分别检测对应区域的温度。其中，温度传感器4设置的位置、数量应根据实际需求进行设置，此处不再限制。

用于半导体芯片的真空焊接设备属于高端设备，设备成本高，现有的设备采用电阻丝加热，由于电阻丝的成本高、功率大，当电阻丝数量布设太多时，增加了设备的成本，且对于电路的布设要求高，存在风险。

对比例1

选择LED晶片作为焊接样品，采用安徽富耐斯机电科技有限公司的FCR3003-0203FCR的热风回流加热设备进行共晶焊接，单一的电阻丝加热，预热区升温速度为120℃/min，样品通过加热区1、冷却区2的时间为6min。

本对比例中，加热区1的升温曲线参见图4，焊接后样品空洞率为10％。

实施例2

选择四个LED晶片作为焊接样品，采用实施例1中的双热源真空回流炉分别进行共晶焊接，进行四组实验，其中：

A组：加热区1的第一热源11与第二热源12的热量输出为：60％热风+40％辐射热，预热区升温速度为185℃/min，冷却区冷却速度为100℃/min，样品通过加热区1、冷却区2的时间为250-300秒。测试焊接后样品的空洞率为8％。

B组：加热区1的第一热源11与第二热源12的热量输出为：65％热风+35％辐射热。预热区升温速度为190℃/min，冷却区冷却速度为100℃/min，样品通过加热区1、冷却区2的时间为250-300秒。测试焊接后样品的空洞率为6％。

C组：加热区1的第一热源11与第二热源12的热量输出为：70％热风+30％辐射热。预热区升温速度为200℃/min，冷却区冷却速度为100℃/min，样品通过加热区1、冷却区2的时间为250-300秒。测试焊接后样品的空洞率为3％。

D组：加热区1的第一热源11与第二热源12的热量输出为：75％热风+25％辐射热。预热区升温速度为200℃/min，冷却区冷却速度为100℃/min，样品通过加热区1、冷却区2的时间为250-300秒，测试焊接后样品的空洞率为5％。

分别绘制A组、B组、C组、D组的升温曲线图，如图5所示。

现有设备焊接后的样品，空洞率高，升温速度慢，且炉内温度波动不稳定，导致焊接后样品质量不好，参见图4，对比例1中恒温区内温度波动范围达到±3-4度。而采用实施例1的设备，通过双热源从样品的正面、背面以及左右两侧同时加热，并且结合热风加热与辐射加热样品时，炉体100达到预设温度后，能够将加热区维持在一恒定的温度，且升温速度快、炉内温度均匀，从而提高了样品焊接的质量，降低了空洞率。参见图5，为实施例2的4组实验的升温曲线图，其中A组与C组的升温速度快，C组、D组的焊接空洞率低，当真空回流炉的热量为70％热风+30％辐射热时，升温速度快且所产生的空洞率最低为3％，大大的提高了器件的可靠性降低热阻。

空洞率的测试方法：将烘烤后的灯丝样品放入XRD，将空洞的面积与整体面积之比为空洞率，从XRD中可以直接读取空洞率。

以上公开的仅为本发明优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种双热源真空回流炉，其特征在于，包括

炉体，所述炉体内设置有加热区；

传送装置，样品固定在所述传送装置上，所述传送装置将样品自所述炉体一端输送至所述炉体另一端；

第一热源和第二热源，设置在所述加热区，用于提供样品焊接的温度，其中，所述第一热源提供热风加热，所述第二热源提供辐射热，所述第一热源和所述第二热源的共同作用，使炉体内升温快、温度更加均匀，以提高样品的焊接质量。

2.根据权利要求1所述的双热源真空回流炉，其特征在于，所述第一热源、所述第二热源分别从所述传送装置的不同方向加热样品。

3.根据权利要求1或2所述的双热源真空回流炉，其特征在于，所述第一热源包括若干电阻丝，所述第一热源分别均匀布设在所述传送装置的正面以及所述传送装置的背面；所述第二热源包括若干红外石英灯，所述第二热源分别均匀布设在所述传送装置的两个侧面。

4.根据权利要求3所述的双热源真空回流炉，其特征在于，还包括有一控制系统，所述控制系统分别与所述第一热源及所述第二热源连接，所述控制系统控制所述第一热源与所述第二热源的热量比为60％～75％：25％～40％。

5.根据权利要求1所述的双热源真空回流炉，其特征在于，所述炉体内还设置有冷却区，所述冷却区位于所述炉体的后端，焊接完成后的样品在所述冷却区完成冷却；所述冷却区采用半导体制冷芯片作为冷源。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的双热源真空回流炉，其特征在于，所述炉体内还设置有若干等离子风扇。

7.根据权利要求1所述的双热源真空回流炉，其特征在于，所述传送装置上固定有加热板，样品放置在所述加热板上加热；所述加热板为氮化硅材质，且涂有光学涂层。

8.根据权利要求7所述的双热源真空回流炉，其特征在于，所述加热板可拆卸的固定在所述传送装置上。

9.根据权利要求1所述的双热源真空回流炉，其特征在于，还包括电源，所述电源通过整流桥与各元器件连接。

10.根据权利要求1所述的双热源真空回流炉，其特征在于，还包括有温度传感器，控制系统根据所述温度传感器反馈的温度信息，控制所述传送装置的传送速度、所述第一热源及所述第二热源的输出功率以及控制风机的功率。

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