CN111958078A - 一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，属于半导体防护器件的制备工艺技术领域。其特征在于包括如下工艺步骤：放料、涂覆锡料、合模和真空烘烤。本发明通过科学合理的结构和工艺设计，利用自动成型设备配合自动化放料、自动涂覆锡料和合模过程，并通过石墨舟托运装置将石墨舟放入真空焊接炉中，上述设备能够提高工艺加工质量和生产效率，进而能够辅助提升半导体的制备效率和质量。

Description

一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺

技术领域

本发明属于半导体防护器件的制备工艺技术领域，具体涉及一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺。

背景技术

半导体产品的防护作业一般通过半导体封装作业来实现。半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装过程是将晶片用保护料片封装好并通过超细的金属（金锡铜铝）导线引出至相应引脚。良好的封装作业能够令半导体具有高可靠性和抗高浪涌冲击能力，因此封装过程及物料的使用和设计极为重要。此外，在现有半导体封装作业过程中，由于所有料片类型较多，难以统一匹配生产线，多依赖于人工叠摞放料和点涂锡膏，效率较低且出错率高。

鉴于此，申请人设计了一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，通过科学合理的结构和工艺设计，配合自动成型设备，能够实现自动放料、涂覆锡料、合模和转运作业，辅助提升半导体的制备效率和质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，通过科学合理的结构和工艺设计，配合自动成型设备，能够实现自动放料、涂覆锡料、合模和转运作业，辅助提升半导体的制备效率和质量。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于包括如下工艺步骤：

（1）将石墨舟的上模和下模分别固定在自动成型设备的上模托臂和下模托臂上，将自动成型设备的第一料仓内放置第一下铜料片和第一上铜料片，在第二料仓内放置第二上铜料片和第二下铜料片，在第三料仓内放置上镀银铜料片和下镀银铜料片，在第四料仓内放置晶粒；

（2）下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第一料仓的下方，第一料仓的真空放料机械手将带有镀锡引线的第一下铜料片放置到石墨舟的下模内；

（3）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手从第二料仓内取出第二下铜料片并带动第二下铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第二下铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第二下铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手在第一下铜料片上顺序放置两片第二下铜料片；

（4）重复步骤（3）；

（5）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手从第三料仓内取出下镀银铜料片并带动下镀银铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现下镀银铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动下镀银铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手在第二下铜料片上顺序放置下镀银铜料片；

（6）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第四料仓的下方，真空放料机械手从第四料仓内取出晶粒并带动晶粒下移接触锡膏印刷机构，实现晶粒的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动晶粒上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第四料仓的下方，真空放料机械手在下镀银铜料片上顺序放置晶粒；

（7）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手从第三料仓内取出上镀银铜料片并带动上镀银铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现上镀银铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动上镀银铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手在晶粒上顺序放置上镀银铜料片；

（8）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手从第二料仓内取出第二上铜料片并带动第二上铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第二上铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第二上铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手在上镀银铜料片上顺序放置第二上铜料片；

（9）重复步骤（8）；

（10）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第一料仓的下方，真空放料机械手从第一料仓内取出第一上铜料片并带动第一上铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第一上铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第一上铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第一料仓的下方，真空放料机械手在第二上铜料片上顺序放置第一上铜料片；

（11）下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至上模的下方，上模托臂将石墨舟的上模扣合在下模上，石墨舟托运装置将石墨舟放入真空焊接炉中，压好电极，盖好炉盖后，核对温度曲线，启动真空焊接炉的程序，真空炉开启后30秒内达到-100KPa；

（12）真空焊接炉停止工作后，将真空焊接炉的炉盖打开，将石墨舟取出，将烧结好的材料取出，即可。

所述自动成型设备包括机座，在机座的上端竖直安装升降气缸，在升降气缸的伸缩轴上安装多功能轴套；上模托臂和下模托臂分别通过上模托臂旋转轴承和下模托臂旋转轴承套装在多功能轴套的下部，在多功能轴上同轴固定上模主齿轮和下模主齿轮；在上模托臂和下模托臂上分别固定上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机，所述上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机的电机轴上分别固定上模行星齿轮和下模行星齿轮，所述上模行星齿轮和下模行星齿轮分别与上模主齿轮和下模主齿轮相啮合；当上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机正向旋转时，能够分别带动上模行星齿轮和下模行星齿轮围绕上模主齿轮和下模主齿轮旋转，继而带动上模托臂和下模托臂顺时针旋转；

在下模托臂上通过下托臂支架固定若干个下托臂吸盘，所述下托臂吸盘通过下托臂抽气管连接下托臂真空泵；所述下模托臂为包括两个分支杆的“Y”形托臂，下模托臂的两个分支杆能够通过下托臂吸盘分别吸附固定下模和锡膏印刷机构；所述下模和锡膏印刷机构水平并排设置。

优选的，所述涂覆锡膏的操作通过锡膏印刷机构实现；锡膏印刷机构安装在自动成型设备的下模托臂上；所述锡膏印刷机构包括印刷机构安装架，在印刷机构安装架的左端安装锡料储料器和锡料供料器，在印刷机构安装架的右端安装锡料印刷器；

所述锡料储料器包括锡料冷藏储料腔，在锡料冷藏储料腔上开设进料口和出料口，锡料冷藏储料腔的出料口通过锡料导料软管连接锡料供料器的进料端，锡料供料器的出料端设置接管器，在锡料供料器的下部设置滑管装置，所述滑管装置包括滑管和滑管导向移动支架，滑管呈“L”形，滑管的下端安装滑管电动滑轮，在滑管导向移动支架上设置水平导向滑轨，滑管电动滑轮能够带动滑管沿水平导向滑轨左右往复移动；滑管的立管上端能够与接管器密封衔接，滑管的横管下部设置若干个布料排孔；

所述锡料印刷器包括印刷腔体，所述印刷腔体的上端敞口，在印刷腔体的敞口端通过弹簧卡以能够拆卸的方式安装印刷网，在印刷腔体的底部通过印刷驱动气缸安装升降印刷板；在印刷腔体的左侧开设滑管入口；

当滑管电动滑轮带动滑管移动至右限位时，滑管的立管上端与接管器密封衔接，滑管的横管从滑管入口插入印刷腔体内，而后启动锡料供料器向滑管内注入锡料，锡料通过布料排孔布设到升降印刷板上，完成布料后关闭锡料供料器，再通过滑管电动滑轮将滑管从印刷腔体内撤出；启动印刷驱动气缸将升降印刷板向上顶起，令锡料透过印刷网上预设的网孔向上透出。

优选的，在印刷网上预设镂空网孔，所述镂空网孔与物料的锡膏涂覆位置相对应。

优选的，在上模托臂上固定若干个上托臂吸盘，所述上托臂吸盘通过上托臂抽气管连接上托臂真空泵；上模托臂能够通过上托臂吸盘吸附固定上模的顶面；

所述上模托臂通过合模驱动装置连接上托臂吸盘，所述合模驱动装置包括至少两组四连杆铰链机构，所述各组四连杆铰链机构的上铰接点固定在上模托臂上，四连杆铰链机构的左铰接点和右铰接点上均通过上托臂支架安装上托臂吸盘，在四连杆铰链机构的上铰接点和下铰接点之间设置伸缩动力装置；伸缩动力装置能够带动上铰接点和下铰接点相互靠近或远离，继而令上托臂吸盘上升或下降，带动上模上移或下移。

优选的，在多功能轴上固定至少一组放料机构，相邻的放料机构之间留存定角度间隙；

所述放料机构包括料仓和真空放料机械手，所述料仓通过料仓悬臂安装在多功能轴的上端；所述料仓包括仓体和仓盖，在仓体内纵向设置若干个储料内腔体，在储料内腔体的上端设置压料装置，在储料内腔体的下端设置充气挡料橡胶环；在仓体的下部设置真空放料机械手；

所述压料装置包括压料板、压料杆、复位拉簧和压料驱动装置，在各个储料内腔体之间通过连杆滑道相互联通，在储料内腔体内均设置一个压料板，所述各个压料板的上部通过复位拉簧安装在仓盖的内壁上，各个压料板之间通过连杆连接，连杆设置在连杆滑道内；所述压料驱动装置包括压料驱动电机、压料驱动转杆和转杆轴承座，所述压料驱动电机和转杆轴承座均安装在仓盖的上部，所述压料驱动转杆的一端通过联轴器与压料驱动电机的电机轴相连，压料驱动转杆的另一端插装固定在转杆轴承座中；在压料转杆上套装若干个压料驱动齿轮，在各个连杆上垂直安装压料杆的下端，在压料杆的侧壁上设置驱动齿条，所述驱动齿条与压料驱动齿轮相互啮合；

在连杆滑道的上部设置导向滑孔，所述压料杆设置在导向滑孔内；在料仓悬臂上开设限位孔，所述压料杆的上端穿出限位孔后安装限位挡块。

优选的，所述真空放料机械手通过机械手升降旋转驱动装置安装在仓体的下方；

所述真空放料机械手与储料内腔体的数量相同，且各个真空放料机械手分别对应设置在储料内腔体的下方；

所述升降旋转驱动装置包括“[”形左滑架和“]”形右滑架，在料仓的左侧和右侧分别纵向开设左升降滑道和右升降滑道，左滑架和右滑架的上端分别通过左滑轮和右滑轮设置在左升降滑道和右升降滑道，左滑架和右滑架的下端通过机械手安装杆连接在一起；在右滑架的右侧通过右滑架支杆安装升降驱动电机，所述升降驱动电机的电机轴上安装升降驱动齿轮，在多功能轴套的上部侧壁上纵向开设内嵌齿条的功能滑槽，所述升降驱动齿轮与功能滑槽内的齿条相互啮合，当升降驱动电机带动升降驱动齿轮转动时，能够啮合功能滑槽内的齿条，令左滑架、右滑架和机械手安装杆上下移动；

在机械手安装杆上安装若干个旋转轴，在旋转轴外通过轴承套装转轴套，在转轴套的前端通过安装支杆固定真空放料机械手，所述真空放料机械手包括至少两只真空吸盘；在转轴套的中部同轴固定机械手翻转驱动齿轮，在左滑架的的下部固定翻转主动轴和和翻转驱动电机，所述翻转驱动电机的电机轴连接并带动翻转主动轴同轴转动，在右滑架的下部固定翻转被动轴，在翻转主动轴和翻转被动轴上套装环形齿带，所述环形齿带与各个机械手翻转驱动齿轮相互啮合；

所述机械手安装杆、旋转轴和安装支杆均为中空且相互联通的杆体，在机械手安装杆上开设进气管入口，通过进气管入口插入进气管的前端，进气管的前端并通过旋转轴和安装支杆的内部通过旋转接头连接真空吸盘；进气管的后端连接抽真空泵；

当翻转驱动电机带动翻转主动轴转动至上限位时，环形齿带能够啮合带动机械手翻转驱动齿轮转动，继而令真空放料机械手的真空吸盘向上，而后升降驱动电机带动升降驱动齿轮正向转动，启动抽真空泵令真空吸盘能够对准并吸附储料内腔体下端的物料；升降驱动电机带动升降驱动齿轮反向转动，令真空吸盘带动物料克服充气挡料橡胶环的阻力从储料内腔体内脱出；待真空吸盘带动物料向下行进至下限位后，启动翻转驱动电机带动翻转主动轴转动至下限位，环形齿带能够啮合带动机械手翻转驱动齿轮转动，继而令真空吸盘带动物料向下对准下模的模腔；关闭抽真空泵令真空吸盘释放物料并下落至下模的模腔内。

优选的，合模过程如下：待全部物料放置完毕后，下模托臂带动下膜旋转至合模位置并位于上模的正下方，伸缩动力装置带动上铰接点和下铰接点相互远离，继而令上托臂吸盘下降，带动上模下移并扣合在下模上，上托臂吸盘释放上模，即完成合模作业。

优选的，石墨舟托运装置包括托运安装架，在托运安装架上竖直固定托运气缸，所述托运气缸的伸缩轴上端安装倒三角形的前托架和后托架，在前托架和后托架的上端分别安装前电动传送带和后电动传送带，所述前电动传送带和后电动传送带的上输送面相互平行且二者之间留有间隙；前电动传送带和后电动传送带的后端与真空焊接炉的入口相衔接。

优选的，石墨舟的转运入炉过程如下：当上模和下模合模之后，托运气缸的伸缩轴带动前托架和后托架上移，令前电动传送带和后电动传送带分别从前侧和后侧托举住下模的下底面，令下托臂吸盘释放下模；令托运气缸继续带动前电动传送带和后电动传送带托举带动石墨舟上移，令石墨舟脱离下托臂吸盘；而后启动前电动传送带和后电动传送带，将石墨舟输送至真空焊接炉内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，通过科学合理的结构和工艺设计，配合自动成型设备，能够实现自动放料、涂覆锡料、合模和转运作业，辅助提升半导体的制备效率和质量。

附图说明

图1是石墨舟的下模结构示意图；

图2是石墨舟的上模结构示意图；

图3是自动成型设备的结构示意图（放料状态）；

图4是图3的A部放大图；

图5是自动成型设备放料过程的局部结构示意图；

图6是自动成型设备的结构示意图（合模状态）；

图7是图6的B部放大图；

图8是第一料仓、第二料仓、第三料仓和第四料仓的位置布设俯视图；

图9是自动成型设备和石墨舟托运装置的配合结构示意图；

图10是锡膏印刷机构的安装配合结构示意图（初始状态）；

图11是锡膏印刷机构的安装配合结构示意图（锡料布设状态）；

图12是锡膏印刷机构的安装配合结构示意图（锡料涂覆状态）；

图13是印刷板的结构示意图；

图14是接管器的仰视图；

图15是图14的C向结构示意图；

图16是下模支臂的结构示意图（虚线部分为下托臂支架和下托臂吸盘）；

图中：1、下模；2、叠料孔；3、上模；4、下模托臂；5、下托臂吸盘；6、齿带夹紧限位块；7、放料机构；8、多功能轴套；9、右升降滑道；10、右滑轮；11、合模驱动装置；12、上模托臂；13、机座；14、升降气缸；15、上模行星齿轮；16、上模旋转驱动电机；17、下模主齿轮；18、下模旋转驱动电机；19、下模行星齿轮；20、上模主齿轮；21、复位拉簧；22、左升降滑道；23、左滑轮；24、左滑架；25、充气挡料橡胶环；26、进气管；27、翻转驱动电机；28、翻转主动轴；29、环形齿带；30、机械手安装杆；31、真空放料机械手；32、安装支杆；33、转轴套；34、下托臂支架；36、翻转被动轴；37、右滑架；38、右滑架支杆；39、功能滑槽；40、升降驱动齿轮；41、升降驱动电机；42、压料驱动电机；43、压料驱动转杆；44、压料驱动齿轮；45、连杆滑道；46、压料杆；47、限位挡块；48、限位孔；49、转杆轴承座；50、连杆；51、压料板；52、仓盖；53、四连杆铰链机构；54、伸缩驱动电机；55、齿杆；56、上齿条；57、下齿条；58、上托臂支架；59、上托臂吸盘；60、第一料仓；61、第二料仓；62、第三料仓；63、第四料仓；64、前电动传送带；65、前托架；66、托运安装架；67、托运气缸；68、蠕动泵；69、锡料导料软管；70、锡料冷藏储料腔；71、滑管电动滑轮；72、印刷机构安装架；73、滑管；74、水平导向滑轨；75、接管器；76、滑管入口；77、弹簧卡；78、升降印刷板；79、印刷驱动气缸；80、印刷网；81、印刷腔体；82、镂空网孔；83、密封圈；84、管道腔；85、“U”形导向插槽；86、滑盖；87、伸缩弹簧；88、外壳体；89、第一分支杆；90、第二分支杆。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，包括如下工艺步骤：

（1）如图1和2所示，石墨舟包括上模和下模两部分，在下模上开设若干个矩形阵列的叠料孔，各个物料片能够叠摞放置在叠料孔内。如图3所示，将石墨舟的上模和下模分别固定在自动成型设备的上模托臂和下模托臂上，将自动成型设备的第一料仓内放置第一下铜料片和第一上铜料片，在第二料仓内放置第二上铜料片和第二下铜料片，在第三料仓内放置上镀银铜料片和下镀银铜料片，在第四料仓内放置晶粒；其中，第一下铜料片和第一上铜料片为相同型号的铜料片，只因放置位置不同而有所区别，同样的，第二上铜料片和第二下铜料片也是相同型号的铜料片，只因放置位置不同而区别命名。

（2）下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第一料仓的下方，第一料仓的真空放料机械手将带有镀锡引线的第一下铜料片放置到石墨舟的下模内；

（3）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手从第二料仓内取出第二下铜料片并带动第二下铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第二下铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第二下铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手在第一下铜料片上顺序放置第二下铜料片；

（4）重复步骤（3）；

（5）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手从第三料仓内取出下镀银铜料片并带动下镀银铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现下镀银铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动下镀银铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手在第二下铜料片上顺序放置下镀银铜料片；

（6）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第四料仓的下方，真空放料机械手从第四料仓内取出晶粒并带动晶粒下移接触锡膏印刷机构，实现晶粒的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动晶粒上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第四料仓的下方，真空放料机械手在下镀银铜料片上顺序放置晶粒；

（7）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手从第三料仓内取出上镀银铜料片并带动上镀银铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现上镀银铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动上镀银铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手在晶粒上顺序放置上镀银铜料片；

（8）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手从第二料仓内取出第二上铜料片并带动第二上铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第二上铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第二上铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手在上镀银铜料片上顺序放置第二上铜料片；

（9）重复步骤（8）；

（10）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第一料仓的下方，真空放料机械手从第一料仓内取出第一上铜料片并带动第一上铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第一上铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第一上铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第一料仓的下方，真空放料机械手在第二上铜料片上顺序放置第一上铜料片；

（11）下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至上模的下方，上模托臂将石墨舟的上模扣合在下模上，石墨舟托运装置将石墨舟放入真空焊接炉中，压好电极，盖好炉盖后，核对温度曲线，启动真空焊接炉的程序，真空炉开启后30秒内达到-100KPa；

（12）真空焊接炉停止工作后，将真空焊接炉的炉盖打开，将石墨舟取出，将烧结好的材料取出，即可。

如图3和4所示，所述自动成型设备包括机座，在机座的上端竖直安装升降气缸，在升降气缸的伸缩轴上安装多功能轴套；上模托臂和下模托臂的安装端开设转轴孔并分别通过上模托臂旋转轴承和下模托臂旋转轴承套装在多功能轴套的下部，在多功能轴上同轴固定上模主齿轮和下模主齿轮；在上模托臂和下模托臂的安装端上分别固定上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机，所述上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机的电机轴上分别固定上模行星齿轮和下模行星齿轮，所述上模行星齿轮和下模行星齿轮分别与上模主齿轮和下模主齿轮相啮合；当上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机正向旋转时，能够分别带动上模行星齿轮和下模行星齿轮围绕上模主齿轮和下模主齿轮旋转，继而带动上模托臂和下模托臂顺时针旋转。

如图5和15所示，在下模托臂上通过下托臂支架固定若干个下托臂吸盘，所述下托臂吸盘通过下托臂抽气管连接下托臂真空泵；所述下模托臂为包括两个分支杆的“Y”形托臂，下模托臂的两个分支杆分别为第一分支杆和第二分支杆，第一分支杆和第二分支杆的外伸端上分别能够通过下托臂吸盘分别吸附固定下模的下底面和锡膏印刷机构的下部；所述下模和锡膏印刷机构水平并排设置。

如图6和7所示，在上模托臂上固定若干个上托臂吸盘，所述上托臂吸盘通过上托臂抽气管连接上托臂真空泵；上模托臂能够通过上托臂吸盘吸附固定上模的顶面；

所述上模托臂通过合模驱动装置连接上托臂吸盘，所述合模驱动装置包括至少两组四连杆铰链机构，所述各组四连杆铰链机构的上铰接点固定在上模托臂上，四连杆铰链机构的左铰接点和右铰接点上均通过上托臂支架安装上托臂吸盘，在四连杆铰链机构的上铰接点和下铰接点之间设置伸缩动力装置；伸缩动力装置能够带动上铰接点和下铰接点相互靠近或远离，继而令上托臂吸盘上升或下降，带动上模上移或下移。

所述伸缩动力装置包括伸缩驱动电机、圆柱形齿杆、上齿条和下齿条，所述伸缩驱动电机安装在上托臂上，伸缩驱动电机的电机轴通过联轴器连接圆柱形齿杆，在上铰接点和下铰接点上分别固定上齿条和下齿条，所述上齿条和下齿条分别与圆柱形齿杆相互啮合。当伸缩驱动电机正向旋转时，能够通过齿杆带动上齿条和下齿条相互远离，继而带动上铰接点和下铰接点相互远离，当伸缩驱动电机反向转动时，能够通过齿杆带动上齿条和下齿条相互靠近，继而带动上铰接点和下铰接点相互靠近。所述伸缩动力装置并不限于上述结构，可也设置为伸缩气缸的形式，只要能够提供稳定的直线伸缩动能即可，无需为本实施例所限。

如图8所示，在多功能轴上固定四组放料机构，相邻的放料机构之间留存定角度间隙。

所述放料机构包括料仓和真空放料机械手，所述料仓通过料仓悬臂安装在多功能轴的上端；所述料仓包括仓体和仓盖，在仓体内纵向设置若干个储料内腔体，在储料内腔体的上端设置压料装置，在储料内腔体的下端设置充气挡料橡胶环；在仓体的下部设置真空放料机械手。

所述压料装置包括压料板、压料杆、复位拉簧和压料驱动装置，在各个储料内腔体之间通过连杆滑道相互联通，在储料内腔体内均设置一个压料板，所述各个压料板的上部通过复位拉簧安装在仓盖的内壁上，各个压料板之间通过连杆连接，连杆设置在连杆滑道内；所述压料驱动装置包括压料驱动电机、压料驱动转杆和转杆轴承座，所述压料驱动电机和转杆轴承座均安装在仓盖的上部，所述压料驱动转杆的一端通过联轴器与压料驱动电机的电机轴相连，压料驱动转杆的另一端插装固定在转杆轴承座中；在压料转杆上套装若干个压料驱动齿轮，在各个连杆上垂直安装压料杆的下端，在压料杆的侧壁上设置驱动齿条，所述驱动齿条与压料驱动齿轮相互啮合。

在连杆滑道的上部设置导向滑孔，所述压料杆设置在导向滑孔内；在料仓悬臂上开设限位孔，所述压料杆的上端穿出限位孔后安装限位挡块。

如图5所示，所述真空放料机械手通过机械手升降旋转驱动装置安装在仓体的下方。所述真空放料机械手与储料内腔体的数量相同，且各个真空放料机械手分别对应设置在储料内腔体的下方。

所述升降旋转驱动装置包括“[”形左滑架和“]”形右滑架，在料仓的左侧和右侧分别纵向开设左升降滑道和右升降滑道，左滑架和右滑架的上端分别通过左滑轮和右滑轮设置在左升降滑道和右升降滑道，左滑架和右滑架的下端通过机械手安装杆连接在一起；在右滑架的右侧通过右滑架支杆安装升降驱动电机，所述升降驱动电机的电机轴上安装升降驱动齿轮，在多功能轴套的上部侧壁上纵向开设内嵌齿条的功能滑槽，所述升降驱动齿轮与功能滑槽内的齿条相互啮合，当升降驱动电机带动升降驱动齿轮转动时，能够啮合功能滑槽内的齿条，令左滑架、右滑架和机械手安装杆上下移动。

在机械手安装杆上安装若干个旋转轴，在旋转轴外通过轴承套装转轴套，在转轴套的前端通过安装支杆固定真空放料机械手，所述真空放料机械手包括至少两只真空吸盘；在转轴套的中部同轴固定机械手翻转驱动齿轮，在左滑架的的下部固定翻转主动轴和和翻转驱动电机，所述翻转驱动电机的电机轴连接并带动翻转主动轴同轴转动，在右滑架的下部固定翻转被动轴，在翻转主动轴和翻转被动轴上套装环形齿带，环形齿带与各个机械手翻转驱动齿轮相互啮合。在机械手安装杆上固定若干个齿带夹紧限位块，所述齿带夹紧块呈“匚”形，能够从啮合位置的上下两夹持环形齿带，避免其与所述环形齿带与机械手翻转驱动齿轮啮合程度不够，但不会阻碍环形齿带的运动。

所述机械手安装杆、旋转轴和安装支杆均为中空且相互联通的杆体，在机械手安装杆上开设进气管入口，通过进气管入口插入进气管的前端，进气管的前端并通过旋转轴和安装支杆的内部通过旋转接头连接真空吸盘；进气管的后端连接抽真空泵。

当翻转驱动电机带动翻转主动轴转动至上限位时，环形齿带能够啮合带动机械手翻转驱动齿轮转动，继而令真空放料机械手的真空吸盘向上，而后升降驱动电机带动升降驱动齿轮正向转动，启动抽真空泵令真空吸盘能够对准并吸附储料内腔体下端的物料；升降驱动电机带动升降驱动齿轮反向转动，令真空吸盘带动物料克服充气挡料橡胶环的阻力从储料内腔体内脱出；待真空吸盘带动物料向下行进至下限位后，启动翻转驱动电机带动翻转主动轴转动至下限位，环形齿带能够啮合带动机械手翻转驱动齿轮转动，继而令真空吸盘带动物料向下对准下模的模腔；关闭抽真空泵令真空吸盘释放物料并下落至下模的模腔内。每当一个物料片被从下方吸出，压料驱动电机即正向旋转一个预设角度，继而驱动压料杆带动压料板下移一个预设距离，令最下端的物料片始终与充气橡胶挡环紧密接触但在未受到真空放料机械手的吸取时不会自行掉落。当所有物料片都被取出后，可令压料驱动电机处于能够自由转动的状态，压料板在复位拉簧的拉力作用下回弹，此时释放充气橡胶挡环内气体，可从下端进行填料。充气橡胶挡环的涨紧度可通过充气量调节，继而控制对不同物料片的阻力。

如图10、图11和图12所示，所述涂覆锡膏的操作通过锡膏印刷机构实现；锡膏印刷机构安装在自动成型设备的下模托臂上；所述锡膏印刷机构包括印刷机构安装架，在印刷机构安装架的左端安装锡料储料器和锡料供料器，在印刷机构安装架的右端安装锡料印刷器。

所述锡料储料器包括锡料冷藏储料腔，在锡料冷藏储料腔上开设进料口和出料口，锡料冷藏储料腔的出料口通过锡料导料软管连接锡料供料器的进料端，锡料供料器的出料端设置接管器，在锡料供料器的下部设置滑管装置，所述滑管装置包括滑管和滑管导向移动支架，滑管呈“L”形，滑管的下端安装滑管电动滑轮，在滑管导向移动支架上设置水平导向滑轨，滑管电动滑轮能够带动滑管沿水平导向滑轨左右往复移动；滑管的立管上端能够与接管器密封衔接，滑管的横管下部设置若干个布料排孔。

如图14和15所示，接管器包括外壳体，在外壳体内设置管道腔，所述管道腔的上端通过管道连接锡料供料器的出料端，管道腔的下端设置密封圈；在外壳体的下方设置“U”形导向插槽，管道腔的下端位于“U”形导向插槽的中部。在滑管的立管上端安装环形法兰圈，并在环形法兰圈上设置密封圈，当滑管移动时，环形法兰能够滑动进入“U”形导向插槽的敞口端，令立管和管道腔通过密封圈相互密封衔接。在“U”形导向插槽的封闭端通过伸缩弹簧安装滑盖，在初始状态下滑盖能够完全封闭管道腔的下端，避免出现物料泄漏的情况；当滑管与管道腔对接时，移动的环形法兰能够推开滑盖实现物料的对接传输。

所述锡料印刷器包括印刷腔体，所述印刷腔体的上端敞口，在印刷腔体的敞口端通过弹簧卡以能够拆卸的方式安装印刷网，在印刷腔体的底部通过印刷驱动气缸安装升降印刷板；在印刷腔体的左侧开设滑管入口、

当滑管电动滑轮带动滑管移动至右限位时，滑管的立管上端与接管器密封衔接，滑管的横管从滑管入口插入印刷腔体内，而后启动锡料供料器向滑管内注入锡料，锡料通过布料排孔布设到升降印刷板上，完成布料后关闭锡料供料器，再通过滑管电动滑轮将滑管从印刷腔体内撤出；启动印刷驱动气缸将升降印刷板向上顶起，令锡料透过印刷网上预设的网孔向上透出。

如图13所示，在印刷网的网板上预设镂空网孔，所述镂空网孔与物料的锡膏涂覆位置相对应。锡膏能够透过镂空网孔但无法穿过印刷网网板的其他区域，令印刷位置的更加精准。待全部放料和涂覆锡膏过程完毕后，下模托臂带动下膜旋转至合模位置并位于上模的正下方，伸缩动力装置带动上铰接点和下铰接点相互远离，继而令上托臂吸盘下降，带动上模下移并扣合在下模上，上托臂吸盘释放上模，即完成合模作业。

如图9所示，石墨舟托运装置包括托运安装架，在托运安装架上竖直固定托运气缸，所述托运气缸的伸缩轴上端安装倒三角形的前托架和后托架，在前托架和后托架的上端分别安装前电动传送带和后电动传送带，所述前电动传送带和后电动传送带的上输送面相互平行且二者之间留有间隙；前电动传送带和后电动传送带的后端与真空焊接炉的入口相衔接。

石墨舟的转运入炉过程如下：当上模和下模合模之后，托运气缸的伸缩轴带动前托架和后托架上移，令前电动传送带和后电动传送带分别从前侧和后侧托举住下模的下底面，令下托臂吸盘释放下模；令托运气缸继续带动前电动传送带和后电动传送带托举带动石墨舟上移，令石墨舟脱离下托臂吸盘；而后启动前电动传送带和后电动传送带，将石墨舟输送至真空焊接炉内。

成型后半导体保护器件的实验检测数据如下：

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于包括如下工艺步骤：

（1）将石墨舟的上模和下模分别固定在自动成型设备的上模托臂和下模托臂上，将自动成型设备的第一料仓内放置第一下铜料片和第一上铜料片，在第二料仓内放置第二上铜料片和第二下铜料片，在第三料仓内放置上镀银铜料片和下镀银铜料片，在第四料仓内放置晶粒；

（2）下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第一料仓的下方，第一料仓的真空放料机械手将带有镀锡引线的第一下铜料片放置到石墨舟的下模内；

（3）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手从第二料仓内取出第二下铜料片并带动第二下铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第二下铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第二下铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手在第一下铜料片上顺序放置两片第二下铜料片；

（4）重复步骤（3）；

（5）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手从第三料仓内取出下镀银铜料片并带动下镀银铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现下镀银铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动下镀银铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手在第二下铜料片上顺序放置下镀银铜料片；

（6）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第四料仓的下方，真空放料机械手从第四料仓内取出晶粒并带动晶粒下移接触锡膏印刷机构，实现晶粒的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动晶粒上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第四料仓的下方，真空放料机械手在下镀银铜料片上顺序放置晶粒；

（7）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手从第三料仓内取出上镀银铜料片并带动上镀银铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现上镀银铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动上镀银铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第三料仓的下方，真空放料机械手在晶粒上顺序放置上镀银铜料片；

（8）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手从第二料仓内取出第二上铜料片并带动第二上铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第二上铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第二上铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第二料仓的下方，真空放料机械手在上镀银铜料片上顺序放置第二上铜料片；

（9）重复步骤（8）；

（10）下模托臂的第二分支杆带动锡膏印刷机构旋转至第一料仓的下方，真空放料机械手从第一料仓内取出第一上铜料片并带动第一上铜料片下移接触锡膏印刷机构，实现第一上铜料片的下底面涂覆锡膏，而后真空放料机械手带动第一上铜料片上移；

下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至第一料仓的下方，真空放料机械手在第二上铜料片上顺序放置第一上铜料片；

（11）下模托臂的第一分支杆带动下模旋转至上模的下方，上模托臂将石墨舟的上模扣合在下模上，石墨舟托运装置将石墨舟放入真空焊接炉中，压好电极，盖好炉盖后，核对温度曲线，启动真空焊接炉的程序，真空炉开启后30秒内达到-100KPa；

（12）真空焊接炉停止工作后，将真空焊接炉的炉盖打开，将石墨舟取出，将烧结好的材料取出，即可。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于：所述自动成型设备包括机座，在机座的上端竖直安装升降气缸，在升降气缸的伸缩轴上安装多功能轴套；上模托臂和下模托臂分别通过上模托臂旋转轴承和下模托臂旋转轴承套装在多功能轴套的下部，在多功能轴上同轴固定上模主齿轮和下模主齿轮；在上模托臂和下模托臂上分别固定上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机，所述上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机的电机轴上分别固定上模行星齿轮和下模行星齿轮，所述上模行星齿轮和下模行星齿轮分别与上模主齿轮和下模主齿轮相啮合；当上模旋转驱动电机和下模旋转驱动电机正向旋转时，能够分别带动上模行星齿轮和下模行星齿轮围绕上模主齿轮和下模主齿轮旋转，继而带动上模托臂和下模托臂顺时针旋转；

在下模托臂上通过下托臂支架固定若干个下托臂吸盘，所述下托臂吸盘通过下托臂抽气管连接下托臂真空泵；所述下模托臂为包括两个分支杆的“Y”形托臂，下模托臂的两个分支杆能够通过下托臂吸盘分别吸附固定下模和锡膏印刷机构；所述下模和锡膏印刷机构水平并排设置。

3.根据权利要求2所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于：所述涂覆锡膏的操作通过锡膏印刷机构实现；锡膏印刷机构安装在自动成型设备的下模托臂上；所述锡膏印刷机构包括印刷机构安装架，在印刷机构安装架的左端安装锡料储料器和锡料供料器，在印刷机构安装架的右端安装锡料印刷器；

所述锡料储料器包括锡料冷藏储料腔，在锡料冷藏储料腔上开设进料口和出料口，锡料冷藏储料腔的出料口通过锡料导料软管连接锡料供料器的进料端，锡料供料器的出料端设置接管器，在锡料供料器的下部设置滑管装置，所述滑管装置包括滑管和滑管导向移动支架，滑管呈“L”形，滑管的下端安装滑管电动滑轮，在滑管导向移动支架上设置水平导向滑轨，滑管电动滑轮能够带动滑管沿水平导向滑轨左右往复移动；滑管的立管上端能够与接管器密封衔接，滑管的横管下部设置若干个布料排孔；

所述锡料印刷器包括印刷腔体，所述印刷腔体的上端敞口，在印刷腔体的敞口端通过弹簧卡以能够拆卸的方式安装印刷网，在印刷腔体的底部通过印刷驱动气缸安装升降印刷板；在印刷腔体的左侧开设滑管入口；

当滑管电动滑轮带动滑管移动至右限位时，滑管的立管上端与接管器密封衔接，滑管的横管从滑管入口插入印刷腔体内，而后启动锡料供料器向滑管内注入锡料，锡料通过布料排孔布设到升降印刷板上，完成布料后关闭锡料供料器，再通过滑管电动滑轮将滑管从印刷腔体内撤出；启动印刷驱动气缸将升降印刷板向上顶起，令锡料透过印刷网上预设的网孔向上透出。

4.根据权利要求3所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于：在印刷网上预设镂空网孔，所述镂空网孔与物料的锡膏涂覆位置相对应。

5.根据权利要求4所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于：在上模托臂上固定若干个上托臂吸盘，所述上托臂吸盘通过上托臂抽气管连接上托臂真空泵；上模托臂能够通过上托臂吸盘吸附固定上模的顶面；

所述上模托臂通过合模驱动装置连接上托臂吸盘，所述合模驱动装置包括至少两组四连杆铰链机构，所述各组四连杆铰链机构的上铰接点固定在上模托臂上，四连杆铰链机构的左铰接点和右铰接点上均通过上托臂支架安装上托臂吸盘，在四连杆铰链机构的上铰接点和下铰接点之间设置伸缩动力装置；伸缩动力装置能够带动上铰接点和下铰接点相互靠近或远离，继而令上托臂吸盘上升或下降，带动上模上移或下移。

6.根据权利要求5所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于：在多功能轴上固定至少一组放料机构，相邻的放料机构之间留存定角度间隙；

所述放料机构包括料仓和真空放料机械手，所述料仓通过料仓悬臂安装在多功能轴的上端；所述料仓包括仓体和仓盖，在仓体内纵向设置若干个储料内腔体，在储料内腔体的上端设置压料装置，在储料内腔体的下端设置充气挡料橡胶环；在仓体的下部设置真空放料机械手；

所述压料装置包括压料板、压料杆、复位拉簧和压料驱动装置，在各个储料内腔体之间通过连杆滑道相互联通，在储料内腔体内均设置一个压料板，所述各个压料板的上部通过复位拉簧安装在仓盖的内壁上，各个压料板之间通过连杆连接，连杆设置在连杆滑道内；所述压料驱动装置包括压料驱动电机、压料驱动转杆和转杆轴承座，所述压料驱动电机和转杆轴承座均安装在仓盖的上部，所述压料驱动转杆的一端通过联轴器与压料驱动电机的电机轴相连，压料驱动转杆的另一端插装固定在转杆轴承座中；在压料转杆上套装若干个压料驱动齿轮，在各个连杆上垂直安装压料杆的下端，在压料杆的侧壁上设置驱动齿条，所述驱动齿条与压料驱动齿轮相互啮合；

在连杆滑道的上部设置导向滑孔，所述压料杆设置在导向滑孔内；在料仓悬臂上开设限位孔，所述压料杆的上端穿出限位孔后安装限位挡块。

7.根据权利要求6所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于：所述真空放料机械手通过机械手升降旋转驱动装置安装在仓体的下方；

所述真空放料机械手与储料内腔体的数量相同，且各个真空放料机械手分别对应设置在储料内腔体的下方；

所述升降旋转驱动装置包括“[”形左滑架和“]”形右滑架，在料仓的左侧和右侧分别纵向开设左升降滑道和右升降滑道，左滑架和右滑架的上端分别通过左滑轮和右滑轮设置在左升降滑道和右升降滑道，左滑架和右滑架的下端通过机械手安装杆连接在一起；在右滑架的右侧通过右滑架支杆安装升降驱动电机，所述升降驱动电机的电机轴上安装升降驱动齿轮，在多功能轴套的上部侧壁上纵向开设内嵌齿条的功能滑槽，所述升降驱动齿轮与功能滑槽内的齿条相互啮合，当升降驱动电机带动升降驱动齿轮转动时，能够啮合功能滑槽内的齿条，令左滑架、右滑架和机械手安装杆上下移动；

在机械手安装杆上安装若干个旋转轴，在旋转轴外通过轴承套装转轴套，在转轴套的前端通过安装支杆固定真空放料机械手，所述真空放料机械手包括至少两只真空吸盘；在转轴套的中部同轴固定机械手翻转驱动齿轮，在左滑架的的下部固定翻转主动轴和和翻转驱动电机，所述翻转驱动电机的电机轴连接并带动翻转主动轴同轴转动，在右滑架的下部固定翻转被动轴，在翻转主动轴和翻转被动轴上套装环形齿带，所述环形齿带与各个机械手翻转驱动齿轮相互啮合；

所述机械手安装杆、旋转轴和安装支杆均为中空且相互联通的杆体，在机械手安装杆上开设进气管入口，通过进气管入口插入进气管的前端，进气管的前端并通过旋转轴和安装支杆的内部通过旋转接头连接真空吸盘；进气管的后端连接抽真空泵；

当翻转驱动电机带动翻转主动轴转动至上限位时，环形齿带能够啮合带动机械手翻转驱动齿轮转动，继而令真空放料机械手的真空吸盘向上，而后升降驱动电机带动升降驱动齿轮正向转动，启动抽真空泵令真空吸盘能够对准并吸附储料内腔体下端的物料；升降驱动电机带动升降驱动齿轮反向转动，令真空吸盘带动物料克服充气挡料橡胶环的阻力从储料内腔体内脱出；待真空吸盘带动物料向下行进至下限位后，启动翻转驱动电机带动翻转主动轴转动至下限位，环形齿带能够啮合带动机械手翻转驱动齿轮转动，继而令真空吸盘带动物料向下对准下模的模腔；关闭抽真空泵令真空吸盘释放物料并下落至下模的模腔内。

8.根据权利要求7所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于合模过程如下：待全部物料放置完毕后，下模托臂带动下膜旋转至合模位置并位于上模的正下方，伸缩动力装置带动上铰接点和下铰接点相互远离，继而令上托臂吸盘下降，带动上模下移并扣合在下模上，上托臂吸盘释放上模，即完成合模作业。

9.根据权利要求8所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于石墨舟托运装置包括托运安装架，在托运安装架上竖直固定托运气缸，所述托运气缸的伸缩轴上端安装倒三角形的前托架和后托架，在前托架和后托架的上端分别安装前电动传送带和后电动传送带，所述前电动传送带和后电动传送带的上输送面相互平行且二者之间留有间隙；前电动传送带和后电动传送带的后端与真空焊接炉的入口相衔接。

10.根据权利要求9所述的一种高可靠性高浪涌冲击能力半导体防护器件的焊接工艺，其特征在于石墨舟的转运入炉过程如下：当上模和下模合模之后，托运气缸的伸缩轴带动前托架和后托架上移，令前电动传送带和后电动传送带分别从前侧和后侧托举住下模的下底面，令下托臂吸盘释放下模；令托运气缸继续带动前电动传送带和后电动传送带托举带动石墨舟上移，令石墨舟脱离下托臂吸盘；而后启动前电动传送带和后电动传送带，将石墨舟输送至真空焊接炉内。

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