CN112518166B - 一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法，真空封装焊接设备包括真空腔和设置在所述真空腔内的管壳治具组件、锗窗治具组件和遮挡组件，管壳治具组件上设置有管壳，所述管壳上有焊料，锗窗治具组件上设置锗窗，锗窗上有吸气剂；所述焊接方法包括以下步骤：步骤S1，真空封装焊接设备对所述真空腔进行抽真空处理，并执行除湿过程；步骤S2，真空封装焊接设备执行激活吸气剂的过程；步骤S3，真空封装焊接设备执行焊接所述管壳和锗窗的过程。本申请增加了吸气剂热激活工艺，吸气剂能有效地吸着某些气体分子获得或维持真空以及纯化气体环境，锗窗和管壳焊接时通过激活的吸气剂来为此纯化密闭空间，提了升焊接成品的稳定性和可靠性。

Description

一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法

技术领域

本发明涉及芯片焊接技术领域，具体的说涉及一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法。

背景技术

真空封装焊接设备的封装情况受到真空及纯化气体的环境的影响非常大，现有的真空焊接设备均是焊接时将焊接环境中的气体抽出后再进行焊接，但是不可能将焊接环境抽成纯真空，其中还包含了一定量的空气，无法保证焊接环境的真空以及纯化气体的环境，不能保证接成品的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明提供一种用于芯片可靠性封用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法，提升了焊接成品的稳定性和可靠性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法，真空封装焊接设备包括真空腔和设置在所述真空腔内的管壳治具组件、锗窗治具组件和遮挡组件，所述管壳治具组件上设置有管壳，所述管壳上有焊料，所述锗窗治具组件上设置锗窗，所述锗窗上有吸气剂；

所述焊接方法包括以下步骤：

步骤S1，真空封装焊接设备对所述真空腔进行抽真空处理，并执行除湿过程；

步骤S2，真空封装焊接设备执行激活吸气剂的过程；

步骤S3，真空封装焊接设备执行焊接所述管壳和锗窗的过程。

优选的，步骤S1包括以下步骤：

步骤S11，真空封装焊接设备对真空腔进行抽真空处理；

步骤S12，真空封装焊接设备控制管壳治具组件移动至靠近锗窗治具组件的除湿工位；

步骤S13，真空封装焊接设备控制加热所述锗窗治具组件至设定温度T1，保持设定时间t1，且使得管壳温度低于设定温度T2。

优选的，步骤S13之后还包括步骤S14：真空封装焊接设备控制冷却锗窗治具组件，直至管壳温度降至设定温度T3。

优选的，步骤S2包括以下步骤：

步骤S21，真空封装焊接设备控制管壳治具组件移动至远离所述锗窗治具组件的初始位置；

步骤S22，真空封装焊接设备控制遮挡组件由初始位置平移至将管壳治具组件和锗窗治具组件隔开的遮挡位置；

步骤S23，真空封装焊接设备控制加热锗窗治具组件至设定温度T4，保持预设时间t2，并使得管壳小于设定温度T5。

优选的，步骤S23之后还包括步骤S24：真空封装焊接设备控制冷却所述锗窗治具组件至设定温度T6。

优选的，步骤S3包括以下步骤：

步骤S31，真空封装焊接设备控制遮挡组件平移至初始位置；

步骤S32，真空封装焊接设备控制管壳治具组件移动至和锗窗治具组件相贴合；

步骤S33，真空封装焊接设备控制加热锗窗治具组件至设定温度T7,并保持设定时间t3。

优选的，在步骤S33中，真空封装焊接设备调节加热参数，使得管壳温度不高于设定温度T8。

优选的，在步骤S33之后还包括步骤S34:真空封装焊接设备控制对锗窗治具组件进行冷却，使得管壳治具组件的温度低于设定温度T9。

优选的，在步骤S34之后还包括步骤S35:真空封装焊接设备保持冷却锗窗治具组件，停止对所述真空腔进行抽真空处理，并控制向真空腔内回填惰性气体，在惰性气体回填至预设值时，控制真空腔泄压，将管壳温度降低至设定温度T10。

优选的，真空封装焊接设备包括和所述锗窗治具组件接触的冷却管路，以及设置在所述冷却管路背离所述锗窗治具组件一侧的加热管；所述冷却管路上连接有吹除装置；

真空封装焊接设备通过控制向冷却管路通入冷却液实现对锗窗治具组件的冷却；真空封装焊接设备通过控制开启加热管加热锗窗治具组件；其中，在加热锗窗治具组件之前，真空封装焊接设备还控制吹除装置吹除冷却管路内的冷却液。

通过采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：

本申请的用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法的，增加了吸气剂热激活工艺，吸气剂能有效地吸着某些气体分子获得或维持真空以及纯化气体环境，锗窗和管壳焊接时通过激活的吸气剂来为此纯化密闭空间，提了升焊接成品的稳定性和可靠性。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备初始状态时的状态示意图；

图2是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备管壳治具组件下降且抽真空时的状态示意图；

图3是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备除湿加热时的状态示意图；

图4是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备除湿后冷却时的状态示意图；

图5是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备除湿后管壳治具组件上升恢复初始状态时的状态示意图；

图6是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备遮挡组件进行遮蔽时的状态示意图；

图7是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备加热激活吸气剂时的状态示意图；

图8是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备吸气剂激活后降温时的状态示意图；

图9是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备遮挡组件复位后的状态示意图；

图10是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备管壳治具组件下降与锗窗治具组件贴合时的状态示意图；

图11是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备加热焊接时的状态示意图；

图12是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备焊接后冷却时的状态示意图；

图13是本发明提供的用于芯片可靠性真空封装焊接设备惰性气体回填时的状态示意图。

图中，管壳治具组件1、锗窗治具组件2、遮挡组件3、壳体4、气动真空系统5、升降系统6、垂直运动电机61、升降丝杠62、升降螺母63、升降板64、水平运动系统7、水平运动电机71、水平丝杠72、与水平运动螺母73、滑板74、加热管8、冷却管路9、支撑轴10、惰性气体回填装置11。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、 “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组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。

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”、“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。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。

参见图1至图13所示，本申请实施例提供一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法，真空封装焊接设备包括真空腔和设置在所述真空腔内的管壳治具组件1、锗窗治具组件2和遮挡组件3，所述管壳治具组件1上设置有管壳，所述管壳上有焊料，所述锗窗治具组件2上设置锗窗，所述锗窗上有吸气剂。锗窗是一个窗口，管壳是一个壳体4，通过该设备，将锗窗焊接在管壳上。在锗窗上放置吸气剂用来获得或维持真空以及纯化气体环境，使焊接过程中焊接处形成纯化密闭空间，从而提升焊接成品的稳定性和可靠性。

吸气剂大量应用于真空电子器件中，为器件创造了良好的工作环境，稳定了器件的特性参量，对器件的性能及使用寿命有如下重要的影响：

①短时间内提高真空器件的真空度（达帕以上），在器件的排气封离后和老炼过程中消除残余的和重新释放的气体,有利于缩短排气时间；

②在器件的储存和工作期间维持一定的真空度；

③吸收器件在启动和反常工作时的突发性放气，有效地保护阴极等敏感元件。

其中，真空封装焊接设备还包括壳体4、重力治具组件、气动真空系统5、升降系统6、冷却管路9、加热管8、支撑轴10、水平运动系统7和放气阀。

升降系统6包括垂直运动电机61、升降丝杠62、升降螺母63和升降板64。

水平运动系统7包括水平运动电机71、水平丝杠72、与水平运动螺母73和滑板74。

进一步的，所述冷却管路9和所述锗窗治具组件2接触设置，还包括设置在所述冷却管路9背离所述锗窗治具组件2一侧的加热管8；所述冷却管路9上连接有吹除装置。真空封装焊接设备通过控制向冷却管路9通入冷却液实现对锗窗治具组件2的冷却；真空封装焊接设备通过控制开启加热管8加热锗窗治具组件2；其中，在加热锗窗治具组件2之前，真空封装焊接设备还控制吹除装置吹除冷却管路9内的冷却液。

其中，管壳治具组件1用于焊接中管壳的承载，重力治具组件用于重力块的承载，锗窗治具组件2用于锗窗的承载。锗窗治具组件2位于底层，位置固定，升降系统6可带动管壳治具组件1位于锗窗治具上方可以在垂直方向上运动，重力治具组件在管壳治具上，可以随管壳治具组件1做升降运动。重力治具组件主要是焊接过程中给管壳一个预压力，使管壳与锗窗焊接充分。

所述焊接方法包括以下步骤：

步骤S1，参见图1-图4所示，真空封装焊接设备对所述真空腔进行抽真空处理，并执行除湿过程。焊接前对预焊接的元器件、焊料和吸气剂等都进行除湿，防止焊接时有水分或水分蒸发或水分高温分解，对焊接的稳定性产生影响，进行除湿使焊接产品的成品率更高，成品的稳定性更好。

步骤S2，参见图5-图8所示，真空封装焊接设备执行激活吸气剂的过程。因为，吸气剂需要高温激活，且吸气剂热激活的温度高于焊接时焊料融化的温度。因此，为保证焊接的可靠性和稳定性，需先将吸气剂激活再对预焊接的元器件进行焊接。

步骤S3，参见图9-图13所示，真空封装焊接设备执行焊接所述管壳和锗窗的过程。在激发吸气剂后获得或维持的真空以及纯化气体环境下进行焊接，使得焊接获得的产品稳定性好和可靠性高。

进一步的，步骤S1包括以下步骤：

将真空封装焊接设备恢复至初始状态，管壳治具组件1及重力治具组件处于高位，两侧遮挡板打开。

步骤S11，参见图2所示，真空封装焊接设备对真空腔进行抽真空处理。开启气动真空系统5，将真空腔腔体抽真空，抽真空到达预置状态时（可以是真空度到达一定值，也可以是时间到达预定值）垂直运动电机61工作，带动升降丝杠62转动，从而带动与升降螺母63固定的升降板64向下运动。其中，升降板64带有过孔，支撑锗窗治具组件2的支撑轴10从过孔穿过起到支撑作用。

步骤S12，参见图2所示，真空封装焊接设备控制管壳治具组件1移动至靠近锗窗治具组件2的除湿工位。

步骤S13，参见图3所示，真空封装焊接设备控制加热管8打开，进行加热，加热至所述锗窗治具组件2至设定温度T1，保持设定时间t1，且使得管壳温度低于设定温度T2。因除湿时需达到的条件有：1、锗窗治具组件2和管壳组件的温度均要达到90℃以上，进而使除湿彻底；2、锗窗治具组件2上设置有吸气剂，所以锗窗治具组件2上的温度要小于吸气剂的热激活温度；3、管壳上设置有焊料，所以管壳上温度要小于焊料融化的温度。其中，T1和T2的温度根据吸气剂和焊料的不同进行专属设定。可选的，所述T1为140℃-190℃，所述T2为90℃-110℃。

进一步的，步骤S12和步骤S13之间还包括步骤S121：打开连接于冷却管路9的吹气管路，将冷却管路9中冷却液吹出。液体的比热容较大，吸热较多，将冷却管路9的中冷却液吹出，使升温更快。且如管路中有冷却液，受热后会使得冷却液多的地方升温慢，没有冷却液的地方升温快，造成温度不均匀，冷却液吹出后使温度均匀性更高。

进一步的，参见图4所示，步骤S13之后还包括步骤S14：真空封装焊接设备控制冷却锗窗治具组件2，直至管壳温度降至设定温度T3。加热管8停止加热，开启冷却管路9进行冷却降温,将管壳温度降至预设温度T3。除湿气过程中管壳治具组件1温度也会提高，为保证后期吸气剂热激活过程中管壳治具组件1温度不会过高，造成焊料失效，因此预先进行了冷却。

其中，T3的温度根据吸气剂和焊料的不同进行专属设定。可选的，所述T3为30℃-80℃。

进一步的，步骤S2包括以下步骤：

步骤S21，参见图5所示，真空封装焊接设备控制管壳治具组件1移动至远离所述锗窗治具组件2的初始位置。垂直运动电机61工作，带动升降丝杠62转动，从而带动与升降螺母63固定的升降板64向上运动，升降板64带动其上放置的管壳治具组件1及重力治具组件向上运动至初始位置。

步骤S22，参见图6所示，真空封装焊接设备控制遮挡组件3由初始位置平移至将管壳治具组件1和锗窗治具组件2隔开的遮挡位置。两侧水平运动电机71工作，带动水平丝杠72转动，从而带动与水平运动螺母73固定的滑板74相对运动，从带动与滑板74固定连接的挡板向中心运动至遮挡位置。遮挡组件3防止底部锗窗治具组件2在热激活过程中将温度传递给管壳治具组件1，因为热激活的温度要高于焊料融化的温度。

其中，遮挡位置遮挡在锗窗治具组件2和管壳治具组件1之间，尽量阻隔管壳治具组件1。

步骤S23，参见图7所示，真空封装焊接设备控制加热锗窗治具组件2至设定温度T4，保持预设时间t2，并使得管壳小于设定温度T5。吸气剂涂覆在锗窗上，进行吸气剂激活。热激活吸气剂本身不具备吸气功能，只有经过热激活，才具有吸气性能。遮挡只是在吸气剂激活过程中保持上层的管壳治具温度低于焊料融化温度，加热主要是用于吸气剂激活。预设温度T5是一个低于焊料熔点的温度，防止温度过高，焊料熔化并失效。其中，T5的温度根据吸气剂和焊料的不同进行专属设定。可选的，T5为300℃-360℃，同时保证管壳的温度小于150℃。

进一步的，步骤S22和步骤S23之间还包括步骤S221：打开连接于冷却管路9的吹气管路，将冷却管路9中冷却液吹出。液体的比热容较大，吸热较多，将冷却管路9的中冷却液吹出，使升温更快。且如管路中有冷却液，受热后会使得冷却液多的地方升温慢，没有冷却液的地方升温快，造成温度不均匀，冷却液吹出后使温度均匀性更高。

进一步的，步骤S23之后还包括步骤S24：参见图8所示，真空封装焊接设备控制冷却所述锗窗治具组件2至设定温度T6；加热管8停止加热，开启冷却管路9进行冷却降温,将管壳温度降至预设温度T6。冷却的作用是要保持管壳治具组件1保持一个相对地的温度，防止管壳治具组件1向锗窗治具组件2靠近的过程中焊料熔化并失效。

其中，T6的温度根据吸气剂和焊料的不同进行专属设定。可选的，所述设定温度T6为140℃-160℃。

进一步的，步骤S3包括以下步骤：

步骤S31，参见图9所示，真空封装焊接设备控制遮挡组件3平移至初始位置。为不妨碍管壳治具组件1向下运动与锗窗贴合，两侧水平运动电机71工作，带动水平丝杠72转动，从而带动与螺母固定的滑板74相反方向运动，从带动与滑板74固定连接的这挡板向中心运动至初始位置。

步骤S32，参见图10所示，真空封装焊接设备控制管壳治具组件1移动至和锗窗治具组件2相贴合。垂直运动电机61工作，带动升降丝杠62转动，从而带动与升降螺母63固定的升降板64向下运动，升降板64上放置的管壳及重力治具向下运动至管壳治具与锗窗治具贴合。封装焊接过程中，被焊接件包括管壳和锗窗，分别固定在管壳治具和锗窗治具上；管壳治具和锗窗治具贴合的目的是让管壳和锗窗接触，最终将管壳和锗窗焊接在一起。

步骤S33，参见图11所示，真空封装焊接设备控制加热锗窗治具组件2至设定温度T7,并保持设定时间t3。

如超过最高设定温度，焊料性能下降，如超温太多，会造成焊料失效，降低焊接质量，因此，进一步的，在步骤S33中，真空封装焊接设备调节加热参数，使得管壳温度不高于设定温度T8。

其中，T7和T8的温度根据吸气剂和焊料的不同进行专属设定。可选的，所述设定温度T7为220℃-250℃，T8为170℃-190℃。

进一步的，步骤S32和步骤S33之间还包括步骤S321：打开连接于冷却管路9的吹气管路，将冷却管路9中冷却液吹出。液体的比热容较大，吸热较多，将冷却管路9的中冷却液吹出，使升温更快。且如管路中有冷却液，受热后会使得冷却液多的地方升温慢，没有冷却液的地方升温快，造成温度不均匀，冷却液吹出后使温度均匀性更高。

进一步的，在步骤S33之后还包括步骤S34：参见图12所示，真空封装焊接设备控制对锗窗治具组件2进行冷却，使得管壳治具组件1的温度低于设定温度T9。加热管8停止加热，开启冷却管路9进行冷却降温,将管壳温度降至预设温度T9。降温让焊料凝固，将管壳和锗窗焊接在一起。

其中，T9的温度根据吸气剂和焊料的不同进行专属设定。可选的，所述设定温度T9为120℃。

进一步的，在步骤S34之后还包括步骤S35：参见图13所示，真空封装焊接设备保持冷却锗窗治具组件2，停止对所述真空腔进行抽真空处理，并控制向真空腔内回填惰性气体，在惰性气体回填至预设值时，控制真空腔泄压，将管壳温度降低至设定温度T10。继续冷却，关闭真空系统，打开惰性气体回填装置11，进行惰性气体回填，但惰性气体回填到一定预设值时，打开放气阀泄压，将管壳温度降至预设温度T10。降温的目的是开腔体，卸载治具及物料，防止高温出腔体焊接件氧化，以及防止高温灼伤操作人员。放气阀安装在腔体外壁上，因腔体为密闭腔体，冷却过程中充入惰性气体，内部压强增加，如不泄压，内部压力超过预设值，会造成腔体及其他配件损伤。

其中，T10的温度根据吸气剂和焊料的不同进行专属设定。可选的，所述设定温度T10为20℃-80℃。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (4)

1.一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法，其特征在于，真空封装焊接设备包括真空腔和设置在所述真空腔内的管壳治具组件、锗窗治具组件和遮挡组件，所述管壳治具组件上设置有管壳，所述管壳上有焊料，所述锗窗治具组件上设置锗窗，所述锗窗上有吸气剂；真空封装焊接设备包括和所述锗窗治具组件接触的冷却管路，以及设置在所述冷却管路背离所述锗窗治具组件一侧的加热管；所述冷却管路上连接有吹除装置；

所述封装方法包括以下步骤：

步骤S1，真空封装焊接设备对所述真空腔进行抽真空处理，并执行除湿过程；

步骤S2，真空封装焊接设备执行激活吸气剂的过程；

步骤S3，真空封装焊接设备执行焊接所述管壳和锗窗的过程；

其中，步骤S1包括以下步骤：

步骤S11，真空封装焊接设备对真空腔进行抽真空处理；

步骤S12，真空封装焊接设备控制管壳治具组件移动至靠近锗窗治具组件的除湿工位；

步骤S121：打开连接于冷却管路的吹气装置，将冷却管路中冷却液吹出；

步骤S13，真空封装焊接设备控制加热所述锗窗治具组件至设定温度T1，保持设定时间t1，且使得管壳温度低于设定温度T2；

步骤S14，真空封装焊接设备控制冷却锗窗治具组件，直至管壳温度降至设定温度T3；

其中，所述T1为140℃-190℃，所述T2为90℃-110℃；

步骤S3包括以下步骤：

步骤S31，真空封装焊接设备控制遮挡组件平移至初始位置；

步骤S32，真空封装焊接设备控制管壳治具组件移动至和锗窗治具组件相贴合；

步骤S33，真空封装焊接设备控制加热锗窗治具组件至设定温度T7,并保持设定时间t3，真空封装焊接设备调节加热参数，使得管壳温度不高于设定温度T8；

步骤S34：真空封装焊接设备控制对锗窗治具组件进行冷却，使得管壳治具组件的温度低于设定温度T9；

步骤S35:真空封装焊接设备保持冷却锗窗治具组件，停止对所述真空腔进行抽真空处理，并控制向真空腔内回填惰性气体，在惰性气体回填至预设值时，控制真空腔泄压，将管壳温度降低至设定温度T10。

2.根据权利要求1所述的一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

步骤S21，真空封装焊接设备控制管壳治具组件移动至远离所述锗窗治具组件的初始位置；

步骤S22，真空封装焊接设备控制遮挡组件由初始位置平移至将管壳治具组件和锗窗治具组件隔开的遮挡位置；

步骤S23，真空封装焊接设备控制加热锗窗治具组件至设定温度T4，保持预设时间t2，并使得管壳小于设定温度T5。

3.根据权利要求2所述的一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法，其特征在于，步骤S23之后还包括步骤S24：真空封装焊接设备控制冷却所述锗窗治具组件至设定温度T6。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于芯片可靠性真空封装焊接设备的封装方法，其特征在于，真空封装焊接设备通过控制向冷却管路通入冷却液实现对锗窗治具组件的冷却；真空封装焊接设备通过控制开启加热管加热锗窗治具组件；其中，在加热锗窗治具组件之前，真空封装焊接设备还控制吹除装置吹除冷却管路内的冷却液。

Images