CN113751821A - 一种焊接治具及晶粒的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种焊接治具及晶粒的焊接方法，涉及电子元器件加工辅助装置技术领域，焊接治具包括：治具本体，治具本体上间隔开设有多个焊接槽，焊接槽内部设置第一凸起；盖板，盖板安装在治具本体上，且盖板内侧面与第一凸起相对应处设置有第二凸起；第二凸起与焊接槽一一对应，且第二凸起和第一凸起均位于所述焊接槽内部。其中晶粒的焊接方法包括采用该焊接治具进行焊接，本发明解决了现有技术中焊接治具在焊接时，无法排气，导致焊接气孔较多，从而影响产品的电学性能的技术问题。

Description

一种焊接治具及晶粒的焊接方法

技术领域

本发明涉及电子元器件加工辅助装置技术领域，尤其涉及一种焊接治具及晶粒的焊接方法。

背景技术

业界内CELL的焊接是通过石墨焊接模热传导将高温焊片融化，进而使得铜粒与晶片连接。

目前行业内焊接过程中，焊片融化通过石墨舟将热能传递给铜粒，铜粒再将热能传递给焊片使其融化。但受治具影响热能传递到铜粒及焊片时都是边缘温度高于中间，这样边缘焊片首先融化，从而导致有气体在内部很难排出，最终导致焊接气孔产生。

而焊接气孔过多，会导致后续封测电性不良，可靠性差，影响生产的产品的品质。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接治具及晶粒的焊接方法，解决了现有技术中焊接治具在焊接时，无法排气，导致焊接气孔较多，从而影响产品的电学性能的技术问题。

本申请实施例公开了一种焊接治具，包括：

治具本体，所述治具本体上间隔开设有多个焊接槽，所述焊接槽内部设置第一凸起；

盖板，所述盖板安装在所述治具本体上，且所述盖板内侧面与所述第一凸起相对应处设置有第二凸起；

所述第二凸起与所述焊接槽一一对应，且所述第二凸起和第一凸起均位于所述焊接槽内部。

本申请实施例对治具本体进行设计，在治具本体上开设有多个内设有凸起的焊接槽，使其在后续使用时，使得待焊接材料自中部融化向外缘融化，便于气体从焊接槽中逸出。

在上述技术方案的基础上，本申请实施例还可以做如下改进：

进一步地，所述第一凸起的外缘与所述焊接槽的内壁之间留有空隙；第二凸起的外缘与所述焊接槽的内壁之间留有空隙，采用本步的有益效果是预留空隙，便于焊接时，气体逸出。

进一步地，所述第一凸起、第二凸起和焊接槽均为圆柱型，所述第一凸起的直径与所述第二凸起的直径相同，所述焊接槽的内直径不小于所述第一凸起的直径，采用本步的有益效果是通过对凸起的形状进行设计，便于待焊接材料的中部融化。

进一步地，所述第一凸起的直径为d₁，所述第二凸起的直径为d₂，所述焊接槽的内直径为D，d₁＝10％D～50％D，0＜d₂≤d₁，采用本步的有益效果是通过控制直径，在保证焊接稳定性的同时，提高焊接效果。

进一步地，所述治具本体的四角、所述盖板的四角均设置有定位孔，所述定位孔内部安装有定位销，采用本步的有益效果是通过定位孔和定位销能够提高装配后的稳定性。

本申请还公开了一种晶粒的焊接方法，包括以下步骤：

步骤S1：选用上述的焊接治具；

步骤S2：将待焊接材料依次放入所述焊接槽内，喷上混合物，并盖上盖板，所述第一凸起的底部与所述待焊接材料的上表面接触，所述第二凸起的顶部与所述待焊接材料的下表面接触，完成焊接治具的装配；

步骤S3：将步骤S2中装配后的焊接治具送入焊接炉中，然后抽真空，并进行加热完成焊接，完成焊接后，焊接炉停止工作，待冷却至常温后，抽出焊接治具，将焊接后的晶粒取出。

在上述技术方案的基础上，本申请实施例还可以做如下改进：

进一步地，所述步骤S2中的待焊接材料包括多颗铜粒、多片焊片和晶粒，所述待焊接材料自下而上依次为铜粒、焊片、晶粒、焊片和铜粒，采用本步的有益效果是通过多颗铜粒和焊片相互配合，便于后续的装配和焊接。

进一步地，所述步骤S2中采用的混合物为焊油和异丙醇的混合物，两者的体积比为1：1，采用本步的有益效果是通过焊油保证后续的焊接效果。

进一步地，所述步骤S3中，抽真空后，焊接炉中的压力为0～-15Mpa；加热后的温度为250℃～650℃，时间为20min～60min，采用本步的有益效果是通过特定的温度和压力，保证后续的焊接效果。

本申请实施例中提供的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

1.本申请实施例对焊接治具进行改进，在各个焊接槽内部装配有凸起，完成待焊接材料中部的加热，使得焊接材料由内往外融化，这样气体可以从四周逸出，从而减少产品表面的焊接气孔，提高产品的质量。

2.本申请实施例采用上述焊接治具生产CELL芯片，在焊接过程中，保证焊接材料自内往外融化，同时控制好温度和时间，提高焊接后产品的效果。

3.本申请实施例采用特定的焊接治具进行焊接，相比较现有的焊接压力需求降低了，不需要达到-20Mpa，只需要处于负压，就能够实现相应的气孔率，从而保证最后焊接产品的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明具体实施例所述的一种焊接治具的结构示意图；

附图标记：

1-治具本体；2-盖板；3-定位孔；4-定位销；

101-焊接槽；102-第一凸起；

201-第二凸起。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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元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。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本申请实施例提供的一种焊接治具及晶粒的焊接方法，解决了现有技术中焊接治具在焊接时，无法排气，导致焊接气孔较多，从而影响产品的电学性能的技术问题。

本申请实施例的总体思路如下：先对焊接治具进行改进，在各个焊接槽内部装配有凸起，同时在盖板的底面设置有凸起，上、下凸起相互配合，完成待焊接材料中部的加热，使得焊接材料由内往外融化，这样气体可以从四周逸出，从而减少产品表面的焊接气孔，提高产品的质量。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对上述技术方案进行详细说明。

实施例：

如图1所示，本申请实施例公开了一种焊接治具，包括：

治具本体1，所述治具本体1上间隔开设有多个焊接槽101，所述焊接槽101内部设置第一凸起102；

盖板2，所述盖板2安装在所述治具本体1上，且所述盖板2内侧面与所述第一凸起102相对应处设置有第二凸起201；

所述第二凸起201与所述焊接槽101一一对应，且所述第二凸起201和第一凸起102均位于所述焊接槽101内部；本申请实施例中的每个焊接槽101内部均设置有一个第一凸起102，而且盖板2的底面间隔设置有多个第二凸起201，即一个第二凸起201和一个第一凸起102在单个焊接槽101相互配合。

其中，所述第一凸起102的外缘与所述焊接槽101的内壁之间留有空隙；第二凸起201的外缘与所述焊接槽101的内壁之间留有空隙，在焊接加热时，第一凸起102、第二凸起201分别与待焊接材料的表面接触，使得材料自接触处向外扩散融化，这样气体可以从四周逸出，减少焊接后产品的气孔，提高产品的质量。

在一实施例中，本申请中的所述第一凸起102、第二凸起201和焊接槽101均为圆柱型，所述第一凸起102的直径不小于所述第二凸起201的直径，所述焊接槽101的内直径大于所述第一凸起102的直径，具体地，所述第一凸起102的直径为d₁，所述第二凸起201的直径为d₂，所述焊接槽101的内直径为D，d₁＝10％D～50％D，0＜d₂≤d₁，本申请对第一凸起102和第二凸起201的直径进行设计，保证待焊接材料放置在凸起上时，有足够的空间能够稳定出气。

本申请实施例中的第一凸起102除了导热外主要起着托起材料的作用，过分小可能使材料不够平稳，因此d₁不小于10％D；同时对第二凸起201进行设计，使其直径尽量小，这样能够形成压实待焊接材料的作用，同时起到导热作用，使得待焊接材料的实现中心导热，焊片从中间融化，气体向周边排出来减少气孔。

其中，所述治具本体1的四角、所述盖板2的四角均设置有定位孔3，所述定位孔3内部安装有定位销4，该定位孔3是便于治具本体1和盖板2配合，完成封闭的装配，然后通过插入定位销，保证稳定性。

实施例2

本申请公开了一种晶粒的焊接方法，其包括以下步骤：

步骤S1：选用实施例1中的焊接治具，其中第一凸起102的直径为d₁，所述第二凸起201的直径为d₂，所述焊接槽101的内直径为D，d₁＝10％D，d₂＝d₁；

步骤S2：将待焊接材料依次放入所述焊接槽内，喷上混合物，并盖上盖板，所述第一凸起的底部与所述待焊接材料的上表面接触，所述第二凸起的顶部与所述待焊接材料的下表面接触，完成焊接治具的装配；其中待焊接材料包括多颗铜粒、多片焊片和晶粒，所述待焊接材料自下而上依次为铜粒、焊片、晶粒、焊片和铜粒，其中位于上方的铜粒的直径大于位于下方的铜粒的直径；而采用的混合物为焊油和异丙醇的混合物，两者的体积比为1：1，因为焊油起到氧化还原的作用，消除氧化，增加连接力，降低被焊接材质表面张力，去除被焊接材质表面油污，而异丙醇起到稀释焊油及去污作用，这样能够更有利于去除表面污染物，浸润性好，增大焊接面积。

步骤S3：将步骤S2中装配后的焊接治具送入焊接炉中，然后抽真空，使得焊接炉中的压力为0Mpa，并进行加热，使得温度为250℃，维持该温度60min，完成焊接，然后焊接炉停止工作，待冷却至常温后，焊接炉达到正常大气压后，抽出焊接治具，将焊接后的晶粒取出。

实施例3：

本申请公开了一种晶粒的焊接方法，其包括以下步骤：

步骤S1：选用实施例1中的焊接治具，其中第一凸起102的直径为d₁，所述第二凸起201的直径为d₂，所述焊接槽101的内直径为D，d₁＝30％D，d₂＝d₁；

步骤S2：将待焊接材料依次放入所述焊接槽内，喷上混合物，并盖上盖板，所述第一凸起的底部与所述待焊接材料的上表面接触，所述第二凸起的顶部与所述待焊接材料的下表面接触，完成焊接治具的装配；其中待焊接材料包括多颗铜粒、多片焊片和晶粒，所述待焊接材料自下而上依次为铜粒、焊片、晶粒、焊片和铜粒，其中位于上方的铜粒的直径大于位于下方的铜粒的直径；而采用的混合物为焊油和异丙醇的混合物，两者的体积比为1：1；

步骤S3：将步骤S2中装配后的焊接治具送入焊接炉中，然后抽真空，使得焊接炉中的压力为-5Mpa，并进行加热，使得温度为300℃，维持该温度50min，完成焊接，然后焊接炉停止工作，待冷却至常温后，焊接炉达到正常大气压后，抽出焊接治具，将焊接后的晶粒取出。

实施例4：

本申请公开了一种晶粒的焊接方法，其包括以下步骤：

步骤S1：选用实施例1中的焊接治具，其中第一凸起102的直径为d₁，所述第二凸起201的直径为d₂，所述焊接槽101的内直径为D，d₁＝40％D，d₂＝d₁；

步骤S2：将待焊接材料依次放入所述焊接槽内，喷上混合物，并盖上盖板，所述第一凸起的底部与所述待焊接材料的上表面接触，所述第二凸起的顶部与所述待焊接材料的下表面接触，完成焊接治具的装配；其中待焊接材料包括多颗铜粒、多片焊片和晶粒，所述待焊接材料自下而上依次为铜粒、焊片、晶粒、焊片和铜粒，其中位于上方的铜粒的直径大于位于下方的铜粒的直径；而采用的混合物为焊油和异丙醇的混合物，两者的体积比为1：1；

步骤S3：将步骤S2中装配后的焊接治具送入焊接炉中，然后抽真空，使得焊接炉中的压力为-10Mpa，并进行加热，使得温度为400℃，维持该温度40min，完成焊接，然后焊接炉停止工作，待冷却至常温后，焊接炉达到正常大气压后，抽出焊接治具，将焊接后的晶粒取出。

实施例5：

本申请公开了一种晶粒的焊接方法，其包括以下步骤：

步骤S1：选用实施例1中的焊接治具，其中第一凸起102的直径为d₁，所述第二凸起201的直径为d₂，所述焊接槽101的内直径为D，d₁＝50％D，d₂＝d₁；

步骤S2：将待焊接材料依次放入所述焊接槽内，喷上混合物，并盖上盖板，所述第一凸起的底部与所述待焊接材料的上表面接触，所述第二凸起的顶部与所述待焊接材料的下表面接触，完成焊接治具的装配；其中待焊接材料包括多颗铜粒、多片焊片和晶粒，所述待焊接材料自下而上依次为铜粒、焊片、晶粒、焊片和铜粒，其中位于上方的铜粒的直径大于位于下方的铜粒的直径；而采用的混合物为焊油和异丙醇的混合物，两者的体积比为1：1；

步骤S3：将步骤S2中装配后的焊接治具送入焊接炉中，然后抽真空，使得焊接炉中的压力为-15Mpa，并进行加热，使得温度为250℃，维持该温度20min，完成焊接，然后焊接炉停止工作，待冷却至常温后，焊接炉达到正常大气压后，抽出焊接治具，将焊接后的晶粒取出。

对比例：

将待焊接材料依次放置于焊接治具的焊接槽内，盖上盖板，然后送入焊接炉中，抽真空，使得焊接炉中的压力为-20Mpa，并进行加热，使得温度为650℃，维持该温度20min，完成焊接，然后焊接炉停止工作，待冷却至常温后，焊接炉达到正常大气压后，抽出焊接治具，将焊接后的晶粒取出。

采用实施例2-5公开的方法和对比例进行加工，然后采用X-Ray进行拍摄，X光机和相应的装置进行检测和计算，得到以下的表格数据：

由以上的表格可以得出，如果采用现有的方法和装置进行焊接时，焊接的压力需要-20Mpa，才能保证产品的气孔率处于较低的范围；而采用本申请实施例的装置，只需要负压，就能够保证产品的气孔率处于较低范围，同时压力越低，产品的气孔率越少，产品的质量越好。

关于VF、IR和FS的说明，VF值越小，该产品的质量越高；IR越小，该产品的质量越好；FS越大，该产品的质量越好。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种焊接治具，其特征在于，包括：

治具本体，所述治具本体上间隔开设有多个焊接槽，所述焊接槽内部设置第一凸起；

盖板，所述盖板安装在所述治具本体上，且所述盖板内侧面与所述第一凸起相对应处设置有第二凸起；

所述第二凸起与所述焊接槽一一对应，且所述第二凸起和第一凸起均位于所述焊接槽内部。

2.根据权利要求1所述的焊接治具，其特征在于，所述第一凸起的外缘与所述焊接槽的内壁之间留有空隙；第二凸起的外缘与所述焊接槽的内壁之间留有空隙。

3.根据权利要求1所述的焊接治具，其特征在于，所述第一凸起、第二凸起和焊接槽均为圆柱型，所述第一凸起的直径不小于所述第二凸起的直径，所述焊接槽的内直径大于所述第一凸起的直径。

4.根据权利要求3所述的焊接治具，其特征在于，所述第一凸起的直径为d₁，所述第二凸起的直径为d₂，所述焊接槽的内直径为D，d₁＝10％D～50％D，0＜d₂≤d₁。

5.根据权利要求1所述的焊接治具，其特征在于，所述治具本体的四角、所述盖板的四角均设置有定位孔，所述定位孔内部安装有定位销。

6.一种晶粒的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：选用权利要求1-5任一项所述的焊接治具；

步骤S2：将待焊接材料依次放入所述焊接槽内，喷上混合物，并盖上盖板，所述第一凸起的底部与所述待焊接材料的上表面接触，所述第二凸起的顶部与所述待焊接材料的下表面接触，完成焊接治具的装配；

步骤S3：将步骤S2中装配后的焊接治具送入焊接炉中，然后抽真空，并进行加热完成焊接，完成焊接后，焊接炉停止工作，待冷却至常温后，抽出焊接治具，将焊接后的晶粒取出。

7.根据权利要求6所述的晶粒的焊接方法，其特征在于，所述步骤S2中的待焊接材料包括多颗铜粒、多片焊片和晶粒，所述待焊接材料自下而上依次为铜粒、焊片、晶粒、焊片和铜粒。

8.根据权利要求7所述的晶粒的焊接方法，其特征在于，所述步骤S2中采用的混合物为焊油和异丙醇的混合物，两者的体积比为1：1。

9.根据权利要求8所述的晶粒的焊接方法，其特征在于，所述步骤S3中，抽真空后，焊接炉中的压力为0～-15Mpa；加热后的温度为250℃～650℃，时间为20min～60min。

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