CN113643987A - 一种载体裸片共晶工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载体裸片共晶工艺，将载体裸片用免清洗助焊剂、焊料片、恒温热台手工共晶到功放沉入式模块电路中，实现共晶低空洞率的焊接，保证大功率放大器工作性能。本发明助焊剂及焊料储存方便，助焊剂的量、焊料片的大小易控制，烧结好的芯片无过多的助焊剂及焊料，减少芯片的污染及烧结后清洗工序，无需昂贵的清洗设备；操作简便，无需昂贵的共晶设备及复杂的工装。最终能在有效保证焊接质量的情况下，降低成本，大大提高效率。
Description
技术领域
本发明属于微组装装配工艺技术领域，具体涉及一种载体裸片共晶工艺。
背景技术
目前，微波大信号发射系统中核心部件是微波固态功率放大器，在大功率雷达干扰、电子对抗等领域固态功率放大器因其具有高可靠、高稳定性、长寿命、工作频带宽、等优点。沉入式模块是大功率功放组件中重要的组成部分，功放沉入式模块指标的好坏往往对系统性能指标的影响很大。载体芯片共晶到沉入式壳体上又是沉入式模块装配中的一个重要工艺，直接影响其性能指标。
共晶焊接又称为低熔点合金焊接，它是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变成液态，而不经过塑性阶段。共晶分裸芯片共晶和载体裸片共晶，裸芯片共晶常用金锡焊料（Au80Sn20）将大功率裸片烧结到钼铜载体上；载体裸片共晶是将烧好的带载体裸片用低温焊料共晶到沉入式模块里（或其他载体形式的工作件），最常用的烧结焊料是179℃的焊膏（成分是Sn62Pb36Ag2）。
焊膏主要是焊锡粉、助焊剂组成。在实际装配生产时发现用焊膏烧结载体裸片，焊膏量尤其是里面助焊剂的量难以很好的控制，大量的助焊剂会溢到裸片表面污染裸片，影响其长期可靠性，对后道清洗工艺难度加大，成本增高。市面上也有针对同产品大批量生产好的共晶设备、材料及清洗设备，但其工艺工装复杂、价格都非常的昂贵，因此，针对品种多批量相对少的生产情况迫切的需要一种新的通用的共晶工艺来解决现有工艺中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种载体裸片共晶工艺，解决了现有技术中污染裸片、工艺难度大、焊接效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种载体裸片共晶工艺，包括以下过程：
按载体裸片尺寸裁剪焊料片；
取助焊剂放入工作件上烧结芯片的位置；
在助焊剂上面依次放置焊料片和载体裸片；
将工作件放置在恒温热台上预热；
将预热后的工作件放置在共晶热台上进行多次摩擦焊接，完成载体裸片与工作件之间共晶。
可选地，所述焊料片为50um厚Sn62Pb36Ag2预制焊料片。
可选地，所述焊料片的宽度和载体裸片的宽度相同，焊料片长度比载体裸片长度长20％。
可选地，所述将工作件放置在恒温热台上预热，包括：
将工作件放置在150℃-155℃的恒温热台上预热2-3分钟。
可选地，所述共晶热台温度为205℃-210℃。
可选地，还包括：
将共晶后的工作件放置在恒温热台上缓冲降温，然后再取下放置降至常温。
可选地，所述将共晶后的工作件放置在恒温热台上缓冲降温，包括：
将共晶后的工作件放置在150℃的恒温热台上缓冲降温3-8分钟。
可选地，还包括：
检查载体裸片与工作件之间焊接质量是否合格，若检查合格则流入下一道装配工序，否则返工。
可选地，所述检查载体裸片与工作件之间焊接质量是否合格，包括：
检查载体芯片轮廓是否达到75％可见焊料；
检查载体裸片有无划伤及崩边情况；
检测载体裸片与工作件之间空洞率，判断空洞率是否大于共晶面的10%；
若检查结果为达到75％可见焊料、无划伤及崩边情况、以及空洞率小于共晶面的10%，则判断焊接质量合格。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1) 助焊剂及焊料储存方便，助焊剂免清洗、焊料片的大小易控制；
2) 烧结好的载体裸片无过多的残留物，减少芯片的污染及烧结后清洗工序，保证一次性焊接的成品率；
3) 助焊剂和焊料片的选用，能够保证焊接质量的情况下，焊接效率大大提高；
4)共晶工艺操作流程简单，无需昂贵的共晶设备及清洗设备。
附图说明
图1为本发明载体裸片共晶工艺的流程图；
图2为按载体裸片尺寸裁剪的焊料片示意图；
图3为在沉入式模块上涂助焊剂的示意图；
图4为依次叠放的焊料片及载体裸片示意图；
图5为共晶完成后的载体裸片示意图；
图6为沉入式模块内部图；
图7为现有技术中在沉入式模块上涂焊膏作为焊料的示意图；
图8为现有技术中用焊膏共晶完成后的载体裸片的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明的一种载体裸片共晶工艺，参见图1所示，具体工艺步骤包括：
a) 将待烧结的工作件（沉入式模块）清洗烘干备用，按载体裸片尺寸裁剪焊料片，将裁好的焊料片放入玻璃器皿中清洗烘干备用，此焊料片一般在2-3小时内用完，避免长时间内再次污染；
为了保证共晶烧结完成后载体芯片轮廓75％可见焊料，选择了50um（微米）厚Sn62Pb36Ag2预制焊料片，裁剪焊料片宽度和载体裸片的宽度（即输入输出方向的长度）相同，以保证此处共晶面饱满，焊料片长度比载体裸片长度长20％，在理想操作情况下可以保证载体裸片轮廓有90％以上可见焊料。
b) 取免清洗助焊剂放入沉入式模块烧结芯片的位置，助焊剂上面放置裁剪好的焊料片，将焊料片摆放平整，同样的，在焊料片上放置要烧结的载体裸片；
c) 将放置了焊料和载体裸片的沉入式模块放置在150℃-155℃的恒温热台上预热2-3分钟，以活化助焊剂，保证焊料烧结时的流动性及焊接面的浸润性，保证焊接件的热平衡；减少在共晶热台上升温的时间；
d) 将预热后的沉入式模块放置在205℃-210℃的共晶热台上，用弯头镊子手动摩擦焊接进行载体裸片与沉入式模块之间共晶，摩擦次数10次左右，使焊接面充分焊接，排除出载体裸片与沉入式模块壳体之间的气泡（气泡未排除会造成焊接空洞），保证焊接面的低空洞率，30秒内完成烧结。
共晶热台的温度根据焊料的熔点和要共晶工作件的大小决定。
e) 将共晶后的沉入式模块放置在150℃的恒温热台上缓冲降温3-8分钟后取下放入工作盘降至常温；
f) 将沉入式模块放置在显微镜下，检查载体芯片轮廓是否达到75％可见焊料和芯片有无划伤及崩边等情况；若未达到或有划伤等情况，则返工或报废处理，若都合格则流入下道工序；
g) 将沉入式模块进行X光检测，以检测空洞率，如空洞率大于共晶面的10%为不合格，返工。空洞率小于共晶面的10%为合格，流入下道工序；
h) 检测合格的沉入式模块流入下一道装配工序。
本发明的载体裸片共晶工艺，实现共晶低空洞率的焊接，增加可靠性和可操作性，减少芯片污染划伤几率，节省助焊剂低残留免清洗工序。保证大功率沉入式模块性能，同时使整个装配效率大大提高。
实施例2
本工艺适用于各种频段、各种载体裸片的烧结，例如：钼铜载体类芯片、钨铜载体类芯片以及金刚石载体类芯片。现以功放组件主体里末级功放沉入式模块为例详细介绍本工艺。
按照装配图及装配工艺将沉入式模块内部及绝缘子孔处的毛刺清理干净，清洗烘干为共晶载体裸片做好准备。
按载体裸片载体的尺寸裁好无助焊剂的Sn62Pb36Ag2预制焊料片备用，见图2所示；
取适量免清洗助焊剂放置在模块内烧结芯片的位置见图3所示（免清洗助焊剂单独使用时，量好控制，既能保证焊料烧结时的流动性和焊接面的浸润性，又能避免普通助焊剂量过多导致芯片污染的情况，并且该助焊剂的量无需后道续清洗工序）；
再依次平铺放置好焊料片和载体裸片（为了防止助焊剂过多，预制焊料片是选用无助焊剂焊料片，焊料片相对于焊膏，量更容易控制）见图4所示；
将含载体裸片的功放模块放置在150℃-155℃的恒温热台上预热1.5-2.5分钟（活化助焊剂以保证焊料在烧结时的流动性及焊接面的浸润性，保证焊接件的热平衡）；
将预热好的模块放置到205℃-210℃的共晶热台上用弯头镊子手动摩擦焊接，摩擦次数10次左右，使焊接面充分焊接、排除载体与壳体之间的气泡保证焊接面的低空洞率，30秒内完成烧结；
将烧结好的沉入式模块放置在150℃的恒温热台上缓冲降温后取下放入工作盘降至常温，将焊接好的模块放置显微镜下检查焊料溢出情况和芯片表面是否有划伤和崩边的情况见图5所示；
将烧结好芯片的模块按装配图用导电胶粘结上隔值电容和旁路电容，待后道工序（键合压丝）完成后交检见图6所示。
现有技术中用焊膏烧结见图7所示。由于焊膏是焊锡粉、助焊剂及其他的表面活性剂混合形成的膏状混合物，主要适用于大批量自动化的SMT行业的PCB表面焊接。由于含有大量的助焊剂，在保证烧结质量的情况下会有大量的助焊剂溢出污染裸片，见图8，和图5比较能清楚的发现，本发明中芯片烧结的非常干净，无多余的助焊剂溢出，图8相反，助焊剂溢出较多。同时，使用焊膏必须多一道清洗工序，工序过程中划伤芯片的几率增大，而且对清洗设备和清洗材料要求很高，清洗设备和材料也很昂贵 。
低温载体裸片工艺改进后，操作者对助焊剂的量和焊片的大小能很好的掌握控制，更方便烧结，烧结好的裸片干净无污染，减少了清洗工序及划伤芯片的几率，使装配效率和烧结合格率都得到了很大的提高 。
通过对批量烧结产品的x光抽检，该烧结工序产品实物空洞率满足使用要求，通过后期的调试检测对模块的性能也得到了验证。由此判断本裸片载体烧结工艺满足产品可靠性要求。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，包括以下过程：
按载体裸片尺寸裁剪焊料片；
取助焊剂放入工作件上烧结芯片的位置；
在助焊剂上面依次放置焊料片和载体裸片；
将工作件放置在恒温热台上预热；
将预热后的工作件放置在共晶热台上进行多次摩擦焊接，完成载体裸片与工作件之间共晶。
2.根据权利要求1所述一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，所述焊料片为50um厚Sn62Pb36Ag2预制焊料片。
3.根据权利要求1所述一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，所述焊料片的宽度和载体裸片的宽度相同，焊料片长度比载体裸片长度长20％。
4.根据权利要求1所述一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，所述将工作件放置在恒温热台上预热，包括：
将工作件放置在150℃-155℃的恒温热台上预热2-3分钟。
5.根据权利要求1所述一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，所述共晶热台温度为205℃-210℃。
6.根据权利要求1所述一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，还包括：
将共晶后的工作件放置在恒温热台上缓冲降温，然后再取下放置降至常温。
7.根据权利要求6所述一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，所述将共晶后的工作件放置在恒温热台上缓冲降温，包括：
将共晶后的工作件放置在150℃的恒温热台上缓冲降温3-8分钟。
8.根据权利要求6所述一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，还包括：
检查载体裸片与工作件之间焊接质量是否合格，若检查合格则流入下一道装配工序，否则返工。
9.根据权利要求8所述一种载体裸片共晶工艺，其特征在于，所述检查载体裸片与工作件之间焊接质量是否合格，包括：
检查载体芯片轮廓是否达到75％可见焊料；
检查载体裸片有无划伤及崩边情况；
检测载体裸片与工作件之间空洞率，判断空洞率是否大于共晶面的10%；
若检查结果为达到75％可见焊料、无划伤及崩边情况、以及空洞率小于共晶面的10%，则判断焊接质量合格。
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