CN113194629A - 回流焊接治具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种回流焊接治具及其制备方法，该回流焊接治具包括：治具本体；其中，所述治具本体至少表层的热分解温度不低于所述治具本体表面的碳化温度，用于防止所述治具本体表面碳化。通过上述设计方式，可以降低回流焊接治具中定位件发生污染的概率，提高定位精度，提高产品良率。
Description
技术领域
本申请属于治具技术领域，具体涉及一种回流焊接治具及其制备方法。
背景技术
功率模块的制造过程需要将有源元件(例如，晶圆、芯片等)和无源元件(例如，电阻、电容等)通过回流焊接的方式固定在电路板上，以实现电路连通。目前，一般采用合成石治具来辅助回流焊接过程。
然而，合成石治具在长期高温回流过程中，其表面材料发生碳化，碳化所产生的碳会附着在合成石治具的定位件表面，进而使得定位准确率降低，导致产品报废率增加。
发明内容
本申请提供一种回流焊接治具及其制备方法，以降低治具表面碳化现象。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种回流焊接治具，包括：治具本体；其中，所述治具本体至少表层的热分解温度不低于所述治具本体表面的碳化温度，用于防止所述治具本体表面碳化，从而可以降低回流焊接治具中定位件发生污染的概率，提高定位精度，提高产品良率。
其中，所述治具本体包括：本体内层；涂层，覆盖所述本体内层的外表面，且所述涂层的热分解温度不低于400℃；其中，所述涂层包括聚苯并咪唑和有机硅改性聚酰亚胺，所述聚苯并咪唑的质量占所述涂层总质量的80％～85％，所述有机硅改性聚酰亚胺的质量占所述涂层总质量的10％～20％。在上述设计方式中，以耐热性较高的聚苯并咪唑为主体，将耐热性次之但韧性较高的有机硅改性聚酰亚胺作为添加剂，可以使得有机硅改性聚酰亚胺在不降低聚苯并咪唑耐热性能的基础上，提高整个涂层的韧性，使得涂层较为致密且不易开裂，从而降低外界氧气以及高温对本体内层的侵蚀，降低整个治具本体发生碳化的概率。
其中，所述涂层还包括附着力促进剂，所述附着力促进剂包括硅烷偶联剂，所述附着力促进剂的质量占所述涂层总质量的0.1％～2.0％。上述硅烷偶联剂中的有机官能基Y可以与涂层中聚苯并咪唑或者有机硅改性聚酰亚胺发生反应，硅烷偶联剂中硅烷氧基Si(OR)3可以与本体内层的材质发生反应，从而使得涂层与本体内层之间通过化学键的方式连接，以提高界面之间的结合力。
其中，所述回流焊接治具还包括位于所述治具本体表面的定位件；所述涂层还包括着色剂，所述着色剂包括碳黑、氧化铁中至少一种，所述着色剂的颜色与所述定位件的颜色不同，所述着色剂的质量占所述涂层总质量的0.01％～1.0％。上述着色剂的使用可以通过涂层与定位件之间的色差衬托显示出定位件的位置，从而使得回流焊接过程中所使用的机械臂传感器能够较为容易地识别出定位件，并准确地将待焊接的引线框架定位于定位件上，即可以提高定位的精确度以及提升设备的灵敏度。
其中，所述回流焊接治具的体积电阻率小于或等于105ohm·cm。上述体积电阻率的设置方式可以使得本申请所提供的回流焊接治具在运行过程中所产生的静电电压小于预设值，从而降低回流焊接治具上承载的一些待焊接的电子器件被击穿的概率，提高产品良率。
其中，所述涂层还包括抗静电剂，所述抗静电剂包括聚苯胺、石墨烯、导电碳纤维中至少一种，所述抗静电剂的质量占所述涂层总质量的0.1％～5.0％。该抗静电剂的加入可以有效降低涂层在于轨道之间摩擦过程中产生的静电电压的大小。
其中，所述本体内层的材质包括合成石或热固性塑料。一方面，上述材质的设计方式可以降低回流焊接过程中回流焊接治具的散热速度，可以使得回流焊接过程中锡膏熔化得较为充分，元器件焊接处较为牢固且空洞率符合标准；另一方面，上述涂层与该材质的本体内层之间的附着力较好，降低使用过程中涂层与本体内层分层的概率。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种回流焊接治具的制备方法，包括：提供治具本体，其中，所述治具本体至少表层的热分解温度不低于所述治具本体表面的碳化温度，用于防止所述治具本体表面碳化。
其中，所述提供治具本体的步骤，包括：在本体内层的外表面涂覆涂料；将涂覆有所述涂料的所述本体内层进行烘烤，以使得所述涂料形成涂层；其中，所述涂层的热分解温度不低于400℃。
其中，所述将涂覆有所述涂料的所述本体内层进行烘烤的步骤，包括：将涂覆有所述涂料的所述本体内层在不同温度下依次进行烘烤，且烘烤的温度依次升高。
区别于现有技术情况，本申请的有益效果是：本申请所提供的回流焊接治具中治具本体的至少表层的热分解温度不低于所述治具本体表面的碳化温度，以防止治具本体表面碳化，从而可以降低回流焊接治具中定位件发生污染的概率，提高定位精度，提高产品良率。
在一个应用场景中，传统的合成石治具在经历860次最高温度为275℃的回流循环后，表面出现碳化；而本申请所提供的回流焊接治具在经历3000次相同的回流循环条件后，表面仍未出现碳化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图，其中：
图1为本申请回流焊接治具一实施方式的结构示意图；
图2为图1中治具本体一实施方式的剖面示意图；
图3为本申请回流焊接治具的制备方法一实施方式的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在功率模块的制备工艺过程中，非一个流自动化生产制造体系，对于合成石材质的回流焊接治具的要求不高，回流焊接治具表面高温碳化发黑后，只要满足基本功能，可以继续使用。但对于特殊的一个流生产制造体系而言，功率模块的焊接过程需要相应的回流焊接治具将待焊接产品进行定位，定位准确与否决定了产品的良率。目前合成石材质的回流焊接治具在使用一段时间后，存在定位失真导致产品报废率增加的问题。通过反复实验确认，回流焊接治具的定位失真是由于回流焊接治具的定位件表面污染导致的。而使定位件表面污染的污染源来自于焊接过程中合成石治具材料碳化所产生的碳。由此，解决合成石材质的回流焊接治具在反复回流过程中的高温碳化问题是降低产品报废率的有效手段。
鉴于此，本申请提出了一种回流焊接治具及其制备方法，具体请参阅图1，图1为本申请回流焊接治具一实施方式的结构示意图，该回流焊接治具10包括治具本体100；其中，治具本体100至少表层的热分解温度不低于治具本体100表面的碳化温度，例如，治具本体100至少表层的热分解温度不低于400℃，用于防止治具本体100表面碳化。在本实施例中，治具本体100可以仅其表层的热分解温度不低于治具本体100表面的碳化温度(例如，400℃等)，治具本体100除表层外的内层的热分解温度可以低于治具本体100表面的碳化温度；或者，整个治具本体100的表层和内层的热分解温度均不低于治具本体100表面的碳化温度。在上述设计方式中，治具本体100的热分解温度远高于回流焊接的最大温度，从而可以有效降低治具本体100表面碳化的现象，以进一步降低回流焊接治具10中定位件发生污染的概率，提高定位精度，提高产品良率。
在一个实施方式中，如图2所示，图2为图1中治具本体一实施方式的剖面示意图。该治具本体100包括本体内层1000和涂层1002；其中，涂层1002可以覆盖整个本体内层1000的外表面，且涂层1002的热分解温度不低于400℃。例如，在本实施例中，该涂层1002包括聚苯并咪唑和有机硅改性聚酰亚胺；其中，聚苯并咪唑具有较好的耐高温性能，例如，烷基聚苯并咪唑在465℃～475℃才完全分解，芳基聚苯并咪唑在538℃尚不分解；有机硅改性聚酰亚胺不仅具有较好的耐高温性能，且其韧性较好，当其与聚苯并咪唑合并使用时，可以使得整个涂层1002的韧性较高，出现裂纹的概率较小。当然，在其他实施例中，有机硅改性聚酰亚胺也可替换为聚酰亚胺等其他具有耐高温且韧性较好的材质。
可选地，在本实施例中，聚苯并咪唑的质量占涂层1002总质量的80％～85％(例如，82％、84％等)，有机硅改性聚酰亚胺的质量占涂层1002总质量的10％～20％(例如，12％、15％、17％等)。在上述设计方式中，以耐热性较高的聚苯并咪唑为主体，将耐热性次之但韧性较高的有机硅改性聚酰亚胺作为添加剂，可以使得有机硅改性聚酰亚胺在不降低聚苯并咪唑耐热性能的基础上，提高整个涂层1002的韧性，使得涂层1002较为致密且不易开裂，从而降低外界氧气以及高温对本体内层1000的侵蚀，降低整个治具本体100发生碳化的概率。
此外，在本实施例中，上述本体内层1000的材质包括合成石或热固性塑料。其中，合成石是一种绿色环保石材，由95％以上的天然石粉，加上少量聚酯及粘合剂，在真空下混合、加压、振动成型而成。上述热固性塑料可以包括：环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、密胺树脂、不饱和聚酯等中至少一种，且其内部混有矿物纤维、玻璃纤维、陶土等填料。一方面，上述材质的设计方式可以降低回流焊接过程中回流焊接治具10的散热速度，可以使得回流焊接过程中锡膏熔化得较为充分，元器件焊接处较为牢固且空洞率符合标准；另一方面，上述涂层1002与该材质的本体内层1000之间的附着力较好，降低使用过程中涂层1002与本体内层1000分层的概率。
而为了进一步提高涂层1002与本体内层1000之间的结合力，上述涂层1002中还可包括附着力促进剂，附着力促进剂包括硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的分子结构式一般为Y-R-Si(OR)3，其中，Y代表有机官能基，Si(OR)3代表硅烷氧基。硅烷氧基Si(OR)3对无机物具有反应性，有机官能基Y对有机物具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。即硅烷偶联剂中的有机官能基Y可以与涂层1002中聚苯并咪唑或者有机硅改性聚酰亚胺发生反应，硅烷偶联剂中硅烷氧基Si(OR)3可以与本体内层1000的材质发生反应，从而使得涂层1002与本体内层1000之间通过化学键的方式连接，以提高界面之间的结合力。例如，上述硅烷偶联剂可以包括苯基硅烷偶联剂等。可选地，附着力促进剂的质量占涂层1002总质量的0.1％～2.0％(例如，0.5％、1.0％、1.5％等)。
在实际使用过程中，如图1中所示，回流焊接治具10还包括位于治具本体100表面的定位件102。该定位件102的个数可以为一个或者多个。以图1中为例，图1中包含六个定位件102，该六个定位件102以直线的形式排布于治具本体100的一侧边缘。该定位件102可以为金属针，其形状可以为锥形等，其材质可以为不锈钢等。在回流焊接之前，一般采用视觉进行定位检测，为了使治具本体100表面的涂层1002与定位件102区分清楚，还可在涂层1002中添加着色剂，该着色剂可以包括碳黑、氧化铁或其他无机颜料中至少一种，只要该着色剂的颜色与定位件102的颜色不同即可。例如，不锈钢材质的金属针表面光亮，当选用碳黑作为着色剂时，涂层1002整体显示为黑色，可以很明显地衬托显示出金属针的位置，从而使得回流焊接过程中所使用的机械臂传感器能够较为容易地识别出高亮的金属针，并准确地将待焊接的引线框架定位于金属针上，即可以提高定位的精确度以及提升设备的灵敏度。可选地，上述着色剂的质量占涂层1002总质量的0.01％～1.0％(例如，0.1％、0.5％、0.8％等)。上述涂层1002中虽然引入了碳黑作为着色剂，但由于其用量少，且其被混合均匀掺杂于涂层1002内部，其并不会从涂层1002表面析出，从而不会对定位件102产生污染。
此外，在本实施例中，回流焊接治具10的体积电阻率小于或等于105ohm·cm，例如，回流焊接治具10的体积电阻率在104ohm·cm数量级或103ohm·cm数量级等。当回流焊接治具10在轨道上运行时，回流焊接治具10与轨道之间相互摩擦可能会产生静电。上述体积电阻率的设置方式可以使得本申请所提供的回流焊接治具10在运行过程中所产生的静电电压小于预设值，从而降低回流焊接治具10上承载的一些待焊接的电子器件被击穿的概率，提高产品良率。
进一步，为了实现上述体积电阻率的目标，对于治具本体100的本体内层1000选择绝缘性、抗静电性较好的合成石或者热固性塑料；对于治具本体100的涂层1002，涂层1002中还可包含抗静电剂，抗静电剂包括聚苯胺、石墨烯、导电碳纤维中至少一种。该抗静电剂的加入可以有效降低涂层1002在于轨道之间摩擦过程中产生的静电电压的大小。可选地，抗静电剂的质量占涂层总质量的0.1％～5.0％(例如，2％、3％、4％等)。上述涂层1002中虽然引入石墨烯或者导电碳纤维等作为抗静电剂，但由于其用量少，且其被混合均匀掺杂于涂层1002内部，其并不会从涂层1002表面析出，从而不会对定位件102产生污染。
下面从制备方法的角度对上述回流焊接治具10作进一步说明。具体而言，本申请所提供的制备方法包括提供治具本体100，其中，治具本体100至少表层的热分解温度不低于治具本体100表面的碳化温度，用于防止治具本体100表面碳化。
在一个实施方式中，治具本体100包括本体内层1000以及覆盖本体内层1000外表面的涂层1002，该涂层1002的热分解温度不低于400℃。请参阅图3，图3为本申请回流焊接治具的制备方法一实施方式的流程示意图，上述提供治具本体100具体包括：
S101：在本体内层1000的外表面涂覆涂料。
具体地，在本实施例中，本体内层1000的材质可以为热固性塑料、合成石等。上述热固性塑料可以包括：环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、密胺树脂、不饱和聚酯等中至少一种，且其内部混有矿物纤维、玻璃纤维、陶土等填料。该涂料可以包括聚苯并咪唑、有机硅改性聚酰亚胺以及溶剂，该溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮等；其中，聚苯并咪唑具有较好的耐高温性能，例如，烷基聚苯并咪唑在465℃～475℃才完全分解，芳基聚苯并咪唑在538℃尚不分解；有机硅改性聚酰亚胺不仅具有较好的耐高温性能，且其韧性较好，当其与聚苯并咪唑合并使用时，可以使得涂料烘烤后形成的涂层1002的韧性较高，出现裂纹的概率较小。当然，在其他实施例中，有机硅改性聚酰亚胺也可替换为聚酰亚胺等其他具有耐高温且韧性较好的材质。
当然，在其他实施例中，该涂料还可以包括其他助剂，例如，涂料还可以包括附着力促进剂(例如，烷基硅烷偶联剂等)，用于提高涂层1002与本体内层1000之间的界面结合力，降低涂层1002与本体内层1000之间出现分层的概率；又例如，涂料还可以包括着色剂(例如，碳黑等)，用于使涂层1002的表面与定位件102的颜色区分较为明显，以提高定位精准程度；又例如，涂料还可以包括抗静电剂(例如，聚苯胺、石墨烯、导电碳纤维)，用于降低涂层1002与轨道摩擦时产生的静电电压的大小，降低位于回流焊接治具10上电子元器件被静电击穿的概率。
可选地，上述聚苯并咪唑的质量占除去溶剂后的整个涂料总质量的80％～85％(例如，82％、84％等)，上述有机硅改性聚酰亚胺的质量占除去溶剂后的整个涂料总质量的10％～20％(例如，12％、15％、17％等)。上述附着力促进剂的质量占除去溶剂后的整个涂料总质量的0.1％～2.0％(例如，0.5％、1.0％、1.5％等)；上述着色剂的质量占去除溶剂后的整个涂料总质量的0.01％～1.0％(例如，0.1％、0.5％、0.8％等)；上述抗静电剂的质量占去除溶剂后的整个涂料总质量的0.1％～5.0％(例如，2％、3％、4％等)。在上述设计方式中，以耐热性较高的聚苯并咪唑为主体，将耐热性次之但韧性较高的有机硅改性聚酰亚胺作为添加剂，可以使得有机硅改性聚酰亚胺在不降低聚苯并咪唑耐热性能的基础上，提高整个涂层1002的韧性，使得涂层1002较为致密且不易开裂，从而降低外界氧气以及高温对本体内层1000的侵蚀，降低整个治具本体100发生碳化的概率。上述附着力促进剂、着色剂和抗静电剂的总添加量较低，可以使得上述附着力促进剂、着色剂和抗静电剂的加入不会影响整个涂层1002的耐高温性能，着色剂和抗静电剂不会从涂层1002中析出，可以使涂层1002具有其他性能。
此外，在上述步骤S101之前，还可以包括对本体内层1000进行机械外型加工。
S102：将涂覆有涂料的本体内层1000进行烘烤，以使得涂料形成涂层1002；其中，涂层1002的热分解温度不低于400℃。
具体地，对涂料进行烘烤的过程可以将涂料中的溶剂去除，且可以使得涂料中的聚苯并咪唑和有机硅改性聚酰亚胺成膜，附着力促进剂可以在烘烤过程中与本体内层1000和聚苯并咪唑或有机硅改性聚酰亚胺发生化学反应，以使得本体内层1000和涂层1002之间的结合力更大。
此外，为了使涂层1002表面较为平整，烘烤过程中不起皱，上述步骤S102具体可以包括：将涂覆有涂料的本体内层1000在不同温度下依次进行烘烤，且烘烤的温度依次升高。
例如，可以将涂覆有涂料的本体内层1000先在120±10℃下烘烤30-40分钟，然后在180±10℃下烘烤50-60分钟，最后在250±10℃下烘烤30-60分钟。当然，在其他实施例中，也可采取其他梯度烘烤的方式，本申请对此不作限定。
此外，在上述步骤S102之后，还可以包括：在治具本体100上需要设置定位件102的位置进行挖槽处理，然后将定位件102镶嵌进去，进而获得回流焊接治具10。
经测试对比发现，在相同的回流循环条件下，传统的合成石材质且无涂层的回流焊接治具在经860次回流循环后，其表面逐渐碳化；而本申请所提供的回流焊接治具在经3000次回流循环后，其表面仍未出现碳化现象。即通过本申请所提供的方式可以有效降低治具本体100表面碳化现象，降低定位件102被污染的概率，提高设备的灵敏度，且提升产品良率。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种回流焊接治具，其特征在于，包括：
治具本体；
其中，所述治具本体至少表层的热分解温度不低于所述治具本体表面的碳化温度，用于防止所述治具本体表面碳化。
2.根据权利要求1所述的回流焊接治具，其特征在于，所述治具本体包括：
本体内层；
涂层，覆盖所述本体内层的外表面，且所述涂层的热分解温度不低于400℃；其中，所述涂层包括聚苯并咪唑和有机硅改性聚酰亚胺，所述聚苯并咪唑的质量占所述涂层总质量的80％～85％，所述有机硅改性聚酰亚胺的质量占所述涂层总质量的10％～20％。
3.根据权利要求2所述的回流焊接治具，其特征在于，
所述涂层还包括附着力促进剂，所述附着力促进剂包括硅烷偶联剂，所述附着力促进剂的质量占所述涂层总质量的0.1％～2.0％。
4.根据权利要求2所述的回流焊接治具，其特征在于，
所述回流焊接治具还包括位于所述治具本体表面的定位件；
所述涂层还包括着色剂，所述着色剂包括碳黑、氧化铁中至少一种，所述着色剂的颜色与所述定位件的颜色不同，所述着色剂的质量占所述涂层总质量的0.01％～1.0％。
5.根据权利要求2所述的回流焊接治具，其特征在于，
所述回流焊接治具的体积电阻率小于或等于105ohm·cm。
6.根据权利要求5所述的回流焊接治具，其特征在于，
所述涂层还包括抗静电剂，所述抗静电剂包括聚苯胺、石墨烯、导电碳纤维中至少一种，所述抗静电剂的质量占所述涂层总质量的0.1％～5.0％。
7.根据权利要求2所述的回流焊接治具，其特征在于，
所述本体内层的材质包括合成石或热固性塑料。
8.一种回流焊接治具的制备方法，其特征在于，包括：
提供治具本体，其中，所述治具本体至少表层的热分解温度不低于所述治具本体表面的碳化温度，用于防止所述治具本体表面碳化。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述提供治具本体的步骤，包括：
在本体内层的外表面涂覆涂料；
将涂覆有所述涂料的所述本体内层进行烘烤，以使得所述涂料形成涂层；其中，所述涂层的热分解温度不低于400℃。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述将涂覆有所述涂料的所述本体内层进行烘烤的步骤，包括：
将涂覆有所述涂料的所述本体内层在不同温度下依次进行烘烤，且烘烤的温度依次升高。
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- 2021-03-12 CN CN202110269764.0A patent/CN113194629A/zh active Pending
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