CN111987010A - 一种功率芯片的自动共晶焊接方法及拾取吸头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率芯片的自动共晶焊接方法,包括:对载体、焊料片和功率芯片进行预处理;对载体进行预热;在载体上放置焊料片;使用自动拾取吸头拾取功率芯片,自动拾取吸头将功率芯片放置在焊料片上进行热压并进行刮擦;自动拾取吸头取回共晶完成后的功率芯片。该种功率芯片的自动共晶焊接方法具有高共晶效率及高焊接质量。本发明还提供了一种功率芯片的自动共晶焊接的拾取吸头,包括:斜边卡槽,包括底槽、斜向卡板,斜向卡板布设在底槽相对的侧边,且朝向底槽的外侧倾斜,底槽开设有通孔;和吸管,吸管的一端固连于通孔。
Description
技术领域
本发明属于微波组件封装技术领域,尤其涉及一种功率芯片的自动共晶焊接方法及拾取吸头。
背景技术
随着半导体技术的革新,芯片向着高功率、高密度和集成化方向发展,这导致功率芯片的热流密度急剧增大。据美国海军和空军预研项目显示,目前在研的功率芯片热流密度已达500W/cm2,这就要求功率芯片与散热垫块的连接必须具有良好的电学接地性能和散热性能。共晶焊接由于具有焊接强度高、剪切力强、连接电阻小、传热效率高等优点,因此广泛应用于高频、大功率器件和LED等高散热要求的器件焊接中。
目前共晶焊接方式主要有人工刮擦共晶、真空共晶炉压合共晶以及半自动共晶焊接方式三种。
人工共晶的方式对操作人员熟练度要求较高,生产效率低下,难以保证焊接质量一致性,且由于芯片的脆性在焊接过程中极易造成芯片损伤,难以满足生产需求。真空共晶炉压合共晶需要制备芯片压合装置,在批量生产时压合装置与芯片的对准难度较大,且真空共晶炉方式没有芯片刮擦过程,难以保证充分形成熔融合金。半自动共晶焊接方式由手工控制吸笔拾取芯片替代了人工镊子拾取,芯片损伤率有降低,但是仍然存在生产效率低、质量一致性差的问题。因此,研发一种高共晶效率、高焊接质量的共晶焊接方法是目前本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的技术目的是提供一种功率芯片的自动共晶焊接方法及拾取吸头,所述功率芯片的自动共晶焊接方法具有高共晶效率及高焊接质量。
为解决上述问题,本发明的技术方案为:
一种功率芯片的自动共晶焊接方法,包括:
对载体、焊料片和功率芯片进行预处理;
对所述载体进行预热;
在所述载体上放置所述焊料片;
使用自动拾取吸头拾取所述功率芯片,所述自动拾取吸头将所述功率芯片放置在所述焊料片上进行热压并进行刮擦;
自动拾取吸头取回共晶完成后的功率芯片。
根据本发明一实施例,所述使用自动拾取吸头拾取所述功率芯片进一步包括:
对所述功率芯片进行定位;
所述自动拾取吸头拾取定位后的所述功率芯片;
其中,所述自动拾取吸头被构造为包括斜边卡槽及吸管,所述斜边卡槽包括底槽、斜向卡板,所述斜向卡板布设在所述底槽相对的侧边,且朝向所述底槽的外侧倾斜,所述底槽开设有通孔,所述吸管的一端固连于所述通孔。
根据本发明一实施例,使用所述斜向卡板的倾斜角度被构造为40至50度的自动拾取吸头拾取所述功率芯片。
根据本发明一实施例,使用卡位深度为所述功率芯片厚度的三分之一至三分之二的自动拾取吸头拾取所述功率芯片。
根据本发明一实施例,所述对所述功率芯片进行定位进一步包括对所述功率芯片进行三色光识别定位。
根据本发明一实施例,所述自动拾取吸头将所述功率芯片放置在所述焊料片上进行热压并进行刮擦进一步包括:
所述自动拾取吸头将所述功率芯片压合到所述焊料片上,其中压力参数为20至50g;
升温至焊料片熔融温度,以0.01至0.03mm的幅度进行上下振动,以0.1至0.2mm幅度进行水平方向刮擦,刮擦完成后持续热压2至5s以使焊料充分浸润。
根据本发明一实施例,所述对载体进行预处理进一步包括:
将所述载体放入盛有无水乙醇的容器中进行超声清洗;
超声完成后将所述载体放入烘箱中烘焙;
将所述载体放入等离子清洗机中清洗。
根据本发明一实施例,在所述载体上放置所述焊料片进一步包括放置厚度为15至25微米的焊片。
根据本发明一实施例,所述自动拾取吸头取回共晶完成后的功率芯片之后还包括采用X光检测所述功率芯片的焊接空洞。
基于相同的构思,本发明还提供了一种功率芯片的自动共晶焊接的拾取吸头,包括:
斜边卡槽,包括底槽、斜向卡板,所述斜向卡板布设在所述底槽相对的侧边,且朝向所述底槽的外侧倾斜,所述底槽开设有通孔;及
吸管,所述吸管的一端固连于所述通孔。
根据本发明一实施例,所述斜向卡板的倾斜角度被构造为40至50度。
根据本发明一实施例,所述斜向卡板的卡位深度被构造为所述功率芯片厚度的三分之一至三分之二。
本发明由于采用以上技术方案,使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果:
本发明一实施例中的功率芯片的自动共晶焊接方法使用自动拾取吸头拾取功率芯片,之后将功率芯片放置在焊料片上进行热压并进行刮擦,自动拾取吸头精确的抓取并固定功率芯片,同时可在热压过程中精确控制刮擦操作,这样可以保证充分形成熔融合金,该种功率芯片的自动共晶焊接方法具有高共晶效率及高焊接质量。
附图说明
图1为本发明的一种功率芯片的自动共晶焊接方法的流程图;
图2为本发明的一种功率芯片的自动共晶焊接方法中热压及刮擦的流程图;
图3为本发明的一种功率芯片的自动共晶焊接方法中载体预处理的流程图;
图4为本发明的一种自动拾取吸头的侧视图;
图5为图4所示的俯视图;
图6为本发明的一种结构热台的侧视图;
图7为图6所示结构热台的底面图;
图8为功率芯片在焊接时设备的状态图。
附图标记说明:
1:自动拾取吸头;101:斜边卡槽;1011:底槽;1012:斜向卡板;1013:通孔;102:吸管;
2:功率芯片;3:焊料片;4:载体;
5:热台;501:固定吸孔;502:保护气孔;
6:罩体;7:开窗。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种功率芯片的自动共晶焊接方法及拾取吸头作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
参看图1、图4至图8,一种功率芯片2的自动共晶焊接方法,包括:
S1:对载体4、焊料片3和功率芯片2进行预处理;
S2:对载体4进行预热;
S3:在载体4上放置焊料片3;
S4:使用自动拾取吸头1拾取功率芯片2,自动拾取吸头1将功率芯片2放置在焊料片3上进行热压并进行刮擦;
S5:自动拾取吸头1取回共晶完成后的功率芯片2。
本实施例中的功率芯片2的自动共晶焊接方法使用自动拾取吸头1拾取功率芯片2,之后将功率芯片2放置在焊料片3上进行热压并进行刮擦,自动拾取吸头1精确的抓取并固定功率芯片2,同时可在热压过程中精确控制刮擦操作,这样可以保证充分形成熔融合金,该种功率芯片2的自动共晶焊接方法具有高共晶效率及高焊接质量。
参看图6至图8,具体来说,步骤S1完成之后,将载体4放在结构热台5上进行加热,结构热台5为罩体开窗结构热台5,通过PC端控制贴片机将载体4放置到罩体6的开窗7对应的结构热台5上,结构热台5的中间设有多个固定吸孔501,固定吸孔501由电子阀控制开闭,结构热台5的两侧设有多个保护气孔502,工作时以1.5-3L/min流量充氮氢保护气体,升温至预热温度260℃。
在载体4上放置焊料片3具体由PC端控制贴片机将焊片放置到载体4上,焊片厚度为15至25微米,例如焊片厚度为25微米。
自动拾取吸头1的动作由PC端控制。
进一步地,使用自动拾取吸头1拾取功率芯片2进一步包括:
对功率芯片2进行定位;例如是对功率芯片2进行三色光识别定位,具体来说由图像处理器或PC端定位,在一个实施方式中,将用于获取图像的摄像头移至功率芯片2的上方,调节红、绿、蓝三色光对比照亮功率芯片2(通过改变红、绿、蓝三色光比例调节功率芯片2与芯片盒体对比度,通过高精度摄像头识别功率芯片2的边缘进行精准定位),摄像头获取图片自动传送至PC端进行图像处理,处理器计算出功率芯片2中心精准位置,之后PC端控制自动拾取吸头1拾取功率芯片2;
参看图4、图5和图8,自动拾取吸头1被构造为包括斜边卡槽101及吸管102,斜边卡槽101包括底槽1011、斜向卡板1012,斜向卡板1012布设在底槽1011相对的侧边,且朝向底槽1011的外侧倾斜,底槽1011开设有通孔1013,吸管102的一端固连于通孔1013。具体地,使用斜向卡板1012的倾斜角度被构造为40至50度的自动拾取吸头1拾取功率芯片2,优选为45度。使用过程中斜边卡槽101卡住功率芯片2上表面四个棱边,卡位深度为功率芯片2厚度的三分之一至三分之二(优选卡位深度为芯片厚度的50%),吸头四个角进行45°切角处理,以保证芯片的释放,同时防止熔融状态焊料沿芯片边缘吸附至功率芯片2的表面。
参看图2,进一步地,自动拾取吸头1将功率芯片2放置在焊料片3上进行热压并进行刮擦进一步包括:
A1:自动拾取吸头1将功率芯片2压合到焊料片3上,其中压力参数为20至50g(优选压力参数为35g);
A2:升温至焊料片3熔融温度(具体来说结构热台5升温至共晶温度330℃),以0.01至0.03mm的幅度进行上下振动,以促进焊料的铺展浸润,同时减少空洞。振动幅度应控制在0.03mm内以避免芯片脱离吸头卡槽。以0.1至0.2mm幅度进行水平方向刮擦,刮擦幅度小于0.1mm不利于焊料的充分浸润,幅度大于0.2mm易导致芯片脱离吸头卡槽。刮擦完成后持续热压2至5s以使焊料充分浸润。
参看图3,进一步地,对载体4进行预处理进一步包括:
B1:将载体4放入盛有无水乙醇的容器中进行超声清洗;具体地,将载体4放入盛有无水乙醇的玻璃器皿中,进行超声清洗,超声功率900W,频率40kHz,超声时间15分钟;
B2:超声完成后将载体4放入烘箱中烘焙;具体地,超声完成后将载体4放入烘箱中,温度120℃,烘焙时间20分钟;
B3:将载体4放入等离子清洗机中清洗;具体地,将载体4放入等离子清洗机中,气体选择氮气、氩气,功率设置为500W,时间20分钟,完成后放入贴片机供料台上待用。
进一步地,对焊料片3进行预处理进一步包括:
C1:将焊料片3放入盛有无水乙醇的容器中进行超声清洗;具体地,将焊料片3放入盛有无水乙醇的玻璃器皿中,进行超声清洗,超声功率900W,频率40kHz,超声时间15分钟;
C2:将焊料片3取出在无尘环境中自然风干;具体地,将焊料片3取出平铺到无尘布上,在无尘环境中静置10分钟使焊料片3风干,然后放入贴片机供料台上待用。
进一步地,对功率芯片2进行预处理进一步包括:
D1:对芯片的背金层进行紫外清洗;具体地,将芯片取出背金层向上平铺在硅基板上,然后放入紫外清洗机中清洗5分钟,以分解背金层表面有机物,然后将芯片放入贴片机供料台上待用。
进一步地,自动拾取吸头1取回共晶完成后的功率芯片2之后还包括:S5,采用X光检测功率芯片2的焊接空洞。PC端控制结构热台5降温至200℃,通过电子阀关闭固定吸孔501及保护气通孔1013,拾回共晶产品,采用X光检测焊接空洞,完成共晶焊接。
实施例2
参看图4、图5和图8,基于相同的构思,本发明还提供了一种功率芯片2的自动共晶焊接的拾取吸头,包括:
斜边卡槽101,包括底槽1011、斜向卡板1012,斜向卡板1012布设在底槽1011相对的侧边,且朝向底槽1011的外侧倾斜,底槽1011开设有通孔1013;及
吸管102,吸管102的一端固连于通孔1013。
进一步地,斜向卡板1012的倾斜角度被构造为40至50度,优选为45度。
进一步地,斜向卡板1012的卡位深度被构造为功率芯片2厚度的三分之一至三分之二,优选卡位深度为芯片厚度的50%。
具体地,在使用过程中斜边卡槽101会卡住功率芯片2上表面四个棱边,卡位深度为功率芯片2厚度的三分之一至三分之二(优选卡位深度为芯片厚度的50%),可以以保证芯片的释放,同时防止熔融状态焊料沿芯片边缘吸附至功率芯片2的表面。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化,倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (12)
1.一种功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,包括:
对载体、焊料片和功率芯片进行预处理;
对所述载体进行预热;
在所述载体上放置所述焊料片;
使用自动拾取吸头拾取所述功率芯片,所述自动拾取吸头将所述功率芯片放置在所述焊料片上进行热压并进行刮擦;
自动拾取吸头取回共晶完成后的功率芯片。
2.如权利要求1所述的功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,所述使用自动拾取吸头拾取所述功率芯片进一步包括:
对所述功率芯片进行定位;
所述自动拾取吸头拾取定位后的所述功率芯片;
其中,所述自动拾取吸头被构造为包括斜边卡槽及吸管,所述斜边卡槽包括底槽、斜向卡板,所述斜向卡板布设在所述底槽相对的侧边,且朝向所述底槽的外侧倾斜,所述底槽开设有通孔,所述吸管的一端固连于所述通孔。
3.如权利要求2所述的功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,使用所述斜向卡板的倾斜角度被构造为40至50度的自动拾取吸头拾取所述功率芯片。
4.如权利要求2或3所述的功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,使用卡位深度为所述功率芯片厚度的三分之一至三分之二的自动拾取吸头拾取所述功率芯片。
5.如权利要求2所述的功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,所述对所述功率芯片进行定位进一步包括对所述功率芯片进行三色光识别定位。
6.如权利要求1所述的功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,所述自动拾取吸头将所述功率芯片放置在所述焊料片上进行热压并进行刮擦进一步包括:
所述自动拾取吸头将所述功率芯片压合到所述焊料片上,其中压力参数为20至50g;
升温至焊料片熔融温度,以0.01至0.03mm的幅度进行上下振动,以0.1至0.2mm幅度进行水平方向刮擦,刮擦完成后持续热压2至5s以使焊料充分浸润。
7.如权利要求1所述的功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,所述对载体进行预处理进一步包括:
将所述载体放入盛有无水乙醇的容器中进行超声清洗;
超声完成后将所述载体放入烘箱中烘焙;
将所述载体放入等离子清洗机中清洗。
8.如权利要求1所述的功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,在所述载体上放置所述焊料片进一步包括放置厚度为15至25微米的焊片。
9.如权利要求1所述的功率芯片的自动共晶焊接方法,其特征在于,所述自动拾取吸头取回共晶完成后的功率芯片之后还包括采用X光检测所述功率芯片的焊接空洞。
10.一种功率芯片的自动共晶焊接的拾取吸头,其特征在于,包括:
斜边卡槽,包括底槽、斜向卡板,所述斜向卡板布设在所述底槽相对的侧边,且朝向所述底槽的外侧倾斜,所述底槽开设有通孔;及
吸管,所述吸管的一端固连于所述通孔。
11.如权利要求10所述的功率芯片的自动共晶焊接的拾取吸头,其特征在于,所述斜向卡板的倾斜角度被构造为40至50度。
12.如权利要求10或11所述的功率芯片的自动共晶焊接的拾取吸头,其特征在于,所述斜向卡板的卡位深度被构造为所述功率芯片厚度的三分之一至三分之二。
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