CN113977028B - 一种共晶焊接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种共晶焊接设备，其包括：载物平台、第一调节组件、焊头组件以及第二调节组件。第一调节组件包括第一电机，与第一电机直连的第一丝杠以及与第一丝杠螺纹连接的第一横杆。焊接组件包括芯片罩以及活动设置在芯片罩内部并与芯片罩作上下相对运动的吸杆，芯片罩固定连接于第一横杆。第二调节组件设置于第一横杆上并用于带动吸杆作上下运动。芯片罩包括握持筒部以及定位部，定位部围合形成具有向下敞口的定位腔，定位腔在水平面上的截面形状与待焊接的芯片的形状形状相吻合。通过申请，实现对在共晶焊接时芯片与基板之间产生的错位进行校正或者避免，提高焊接的质量，避免不良影响；并且实现对芯片与基板之间的压力进行实时控制。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种共晶焊接设备。
背景技术
共晶焊接技术在电子封装行业得到广泛的应用，如芯片与基板的粘接、基板与管壳的粘接、管壳封帽等。共晶焊接又称低熔点合金焊接，其基本特性是将两种不同的金属在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成合金。与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊接具有热导率高、电阻小、传热快、可靠性强、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中芯片与基板、基板与管壳的互联。
在共晶焊接过程中，由于底部片材表层的镀焊层会随着温度的变化而发生体积的变化，由固态变成液融态，在此过程中，芯片与基板之间会发生轻微的错位，若不在焊接过程中校正这个错位或者避免这个错位发生，则会严重影响最终的焊接质量，产生不良影响。尤其的，芯片在共晶焊接过程中，必须要有实时且精密的微力控制，保障共晶焊接过程中芯片与基板之间的压力恒定，既要避免芯片损伤又要保证共晶精度。
有鉴于此，有必要对现有技术中的共晶焊接设备予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于揭示一种共晶焊接设备，用以解决现有技术中的共晶焊接设备所存在的缺陷，尤其是为了实现对在共晶焊接时芯片与基板之间产生的错位进行校正或者避免，提高焊接的质量，避免不良影响；并且实现对芯片与基板之间的压力进行实时控制。
为实现上述目的，本发明提供了一种共晶焊接设备，用于将芯片与基板焊接，包括：
载物平台，所述载物平台包括用于加热的加热台以及水平托持所述加热台并调节所述加热台位置的调整滑台；
第一调节组件，所述第一调节组件包括第一电机，竖直设置于所述载物平台一侧且与第一电机直连的第一丝杠以及与所述第一丝杠螺纹连接且横向设置的第一横杆，所述第一横杆置于所述加热台的上方；
焊头组件，所述焊接组件包括具有上下贯穿通孔的芯片罩以及活动设置在所述芯片罩内部并与芯片罩作上下相对运动的吸杆，所述吸杆的底端用于吸附芯片，所述芯片罩固定连接于第一横杆；
第二调节组件，所述第二调节组件设置于所述第一横杆上并用于带动所述吸杆作上下运动；
其中，所述芯片罩包括握持筒部以及自握持筒部的底端向所述载物平台凸伸形成的定位部，所述定位部围合形成具有向下敞口的定位腔，所述定位腔在水平面上的截面形状与待焊接的芯片的形状形状相吻合。
作为本发明的进一步改进，所述第二调节组件包括：第二电机、与所述第二电机直连且呈竖直设置的第二丝杠以及与所述第二丝杠螺纹连接且横向布置的第二横杆，所述第二横杆与所述吸杆固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述第二调节组件还包括套设于所述吸杆上的弹簧以及固定连接于所述弹簧上端的压力传感器；
其中，所述弹簧的下端与所述握持筒部的上端固定，所述压力传感器设于所述第二横杆的下方，所述压力传感器与所述第二电机连接。
作为本发明的进一步改进，所述第二电机5以及第二丝杠通过垂直于第一横杆且向上设置的立杆以及水平固定于所述立杆上的支架共同固定在第一横杆上；
其中，支架包括上支架以及下支架，所述上支架用于拖持第二电机，所述上支架与所述下支架共同夹持第二丝杠。
作为本发明的进一步改进，所述吸杆包括竖直段以及设置于竖直段底端的吸盘，所述吸盘在水平面上的截面直径由上至下呈逐渐增大设置，用以增加吸杆与待焊接的芯片的接触面积，所述竖直段的上端连接负压发生器。
作为本发明的进一步改进，所述芯片罩的底端嵌设触点，所述触点与所述第一电机电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述定位部开设通气口，所述通气口通过输气管连接气体加热器，所述气体加热器用于加热保护气体，并通过所述输气管将保护气体注入所述定位腔内。
作为本发明的进一步改进，所述定位部内靠近焊接的位置处嵌设温度传感器，所述温度传感器与所述气体加热器电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述调整滑台包括X轴调节台、Y轴调节台以及旋转调节台，所述旋转调节台设置于所述X轴调节台以及所述Y轴调节台的上方；
其中，X轴调节台用于带动加热台在X轴方向上运动，Y轴调节台用于带动加热台在Y轴方向上运动，旋转调节台用于带动加热台旋转。
作为本发明的进一步改进，所述加热台的上表面凹陷形成定位槽，所述定位槽用于固定并定位基板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
首先，在本申请中，焊接组件包括具有上下贯穿通孔的芯片罩以及活动设置在芯片罩内部并与芯片罩作上下相对运动的吸杆，芯片罩包括握持筒部以及自握持筒部的底端向载物平台凸伸形成的定位部，定位部围合形成具有向下敞口的定位腔，定位腔在水平面上的截面形状与待焊接的芯片的形状形状相吻合，吸杆用于吸附待焊接的芯片并给芯片提供恒定的压力，定位部用于在XY平面上约束芯片，从而实现对在共晶焊接时芯片与基板之间产生的错位进行校正或者避免，提高焊接的质量，避免不良影响；其次，通过本申请中的第二调节组件，实现对芯片与基板之间的压力进行实时控制。
附图说明
图1为本发明所揭示的一种共晶焊接设备的整体示意图；
图2为图1所示A部分的放大示意图；
图3为本发明所揭示的一种共晶焊接设备中焊头组件的示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
需要理解的是，在本申请中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”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技术方案和简化描述，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技术方案的限制。
在具体阐述实施例之前，需要对发明所揭示的一种共晶焊接设备所涉及的相关概念作详细阐释，本发明所披露的一种共晶焊接设备以图1所示出的视角安装于与水平面平行的底板10上。该底板10可以作为共晶焊接设备的一部分用于给共晶焊接设备提供水平安装面。参图1所述，水平平行于纸面的方向定义为X轴方向，竖直平行于纸面的方向定义为Z轴方向，垂直于纸面的方向定义为Y轴方向。
参图1至图3所示出的本发明所揭示的一种共晶焊接设备的一种具体实施方式。
结合图1所示，在本实施例中，该共晶焊接设备，包括：载物平台20、设置于载物平台20一侧的第一调节组件30，竖直固定连接于第一调节组件30上的焊头组件40以及用于向焊头组件40施加恒定压力的第二调节组件50，其中，载物平台20与第一调节组件30均安装于底板10上，底板10与水平面平行用于给该共晶焊接设备提供水平安装面。载物平台20包括用于托持与加热基板23的加热台21以及设置于加热台21下方且用于托持并调节加热台21位置的调整滑台22。调整滑台22包括X轴调节台221、Y轴调节台222以及旋转调节台223，其中，X轴调节台221用于带动加热台21在X轴方向上运动，Y轴调节台222用于带动加热台21在Y轴方向上运动，旋转调节台223用于带动加热台21旋转从而改变加热台21的角度，X轴调节台221、Y轴调节台222以及旋转调节台223共同用于调整加热台21与待焊接的芯片46的相对位置(需要说明的是，在本发明中芯片46在X轴与Y轴方向上的位置固定不变，同时芯片46的角度也不变，仅改变芯片46在Z轴上的位置)，从而实现芯片46根据实际需要共晶焊接到基板23上的特定位置处。由于在本发明中，通过调整加热台21的位置来改变基板23与芯片46的相对位置，从而得以实现将芯片46共晶焊接到基板23上的特定位置处，因此需要保持基板23与加热台21的相对位置不变。在本实施例中，加热台21与基板23的接触面(即加热台21的上表面)凹陷形成与基板23形状吻合的定位槽211，定位槽211用于固定并定位基板23，以避免基板23与加热台21产生相对运动，同时，定位槽211的深度小于基板23的厚度。
参图1所述，在本实施例中，第一调节组件30包括：垂直固定于底板10上且位于载物平台20一侧的支撑柱31以及横向设置的第一横杆35，支撑柱31内形成沿Z轴方向延伸的收容腔310。收容腔310内由下至上依次设置第一电机34、第一联轴器33以及呈竖直布置的第一丝杠32，第一电机34通过第一联轴器33与第一丝杠32直连。第一横杆35垂直于第一丝杠32并向载物平台20延伸，同时第一横杆35与第一丝杠32螺纹连接。第一电机34通过自身输出轴的正转及反转来带动第一丝杠32进行正转或者反转，以实现第一横杆35在第一丝杠32上的上下运动。第一横杆35上固定连接呈竖直布置的焊头组件40。需要说明的是，在本实施例中，焊头组件40活动固定连接于第一横杆35，从而可以通过更换不同的焊头组件40来焊接不同尺寸型号的芯片46。进一步地，需要注意的是，焊头组件40与第一横杆35的固定位置需要避免调节加热台21时载物平台20与支撑柱31产生干涉，因此需要将焊头组件40尽可能的远离支撑柱31固定。
参图1与图3所示，在本实施例中，焊头组件40包括具有上下贯穿通孔的芯片罩41以及活动设置在芯片罩41内部并与芯片罩41作上下相对运动的吸杆42。芯片罩41包括握持筒部411以及自握持筒部411的底端向基板23凸伸形成的定位部412。定位部412围合形成具有向下敞口的定位腔4120，定位腔4120在水平面上的截面形状与待焊接的芯片46的形状相吻合，当芯片46与基板23接触面上设置的镀焊层随着温度的升高由固态变为液态时，镀焊层的体积增加，从而将芯片46顶起，此时芯片46极易在镀焊层的顶起作用下发生偏移，定位部412用于X方向以及Y方向上约束芯片46，从而避免芯片46在XY平面上产生偏移，得以保证芯片46的共晶焊接的质量。握持筒部411内活动设置可由握持筒部411伸入定位腔4120内的吸杆42，吸杆42用于吸附芯片46并在芯片罩41内作上下运动。吸杆42的上端连接负压发生器43，吸杆42的底端用于吸附芯片46并用于对芯片46施加向下的压力。当需吸附芯片46时，负压发生器43与吸杆42连通，负压发生器43通过在由吸杆42围合形成的通气管道420内营造负压环境并利用大气压强将芯片46吸附在吸杆42的底端。握持筒部411的上端设置密封件4111，从而使得吸杆42与芯片罩41的上端形成活动密封配合。握持筒部411与第一横杆35固定连接。
进一步地，参图3所示，由于吸杆42用于吸附芯片46且用于对芯片46施加向下的压力，因此作为本发明的合理延伸，吸杆42包括竖直段421以及设置于竖直段421底端的吸盘422，吸盘422在水平面上的截面直径由上至下呈逐渐增大设置，用以增加吸杆42与芯片46的接触面积，根据压强公式，竖直段421的底端设置吸盘422用于避免吸杆42与芯片46的接触面积小而导致局部压强过大，从而避免吸杆42损伤芯片46。
参图1至图2所示，该共晶焊接设备还包括用于向吸杆42施加向下恒定压力的第二调节组件50。第二调节组件50包括第二电机531、第二联轴器532、通过第二联轴器532与第二电机53直连的第二丝杠533以及与第二丝杠533螺纹连接的第二横杆54，其中，第二丝杠533呈竖直布置且第二横杆54垂直于第二丝杠533，第二横杆54固定于吸杆42。通过控制第二电机531的正转或反转来带动第二横杆54的向上运动或向下运动，当焊接时，第二电机531正转带动第二横杆54向下运动，并通过第二横杆54带动吸杆42沿箭头100所示的方向向下运动。第二调节组件50还包括套设于吸杆42上的弹簧56以及设置于弹簧56于第二横杆54之间的压力传感器55，其中，弹簧56的上端与压力传感器55连接，弹簧56的下端与密封件4111连接。在本实施例中，第二电机531、第二联轴器532以及第二丝杠533通过垂直于第一横杆35向上设置的立杆51以及水平固定于立杆51上的支架52共同固定在第一横杆35上。支架52包括上支架521以及下支架522，其中，上支架521用于拖持第二电机531并固定第二联轴器532，上支架521与下支架522共同夹持第二丝杠533。
参图1至图3对本实施例的具体应用作详细阐述，，通过调节调整滑台22来实现控制基板23运动，从而实现将芯片46定位至基板23上需要焊接的位置处。当芯片46的定位完成后，此时芯片46位于基板23的上方，通过控制第一电机34正转而带动第一横杆35向下运动，芯片罩41与基板23的接触位置处设置两个触点45，触点45与第一电机34以及第二电机531连接，当芯片罩41与基板23接触时，触点45发送信号给第一电机34以及第二电机531，此时，第一电机34停止工作，第二电机531开始正转并通过第二横杆54带动吸杆42沿箭头100所示方向向下运动。第二横杆54逐渐接近芯片罩41，此时弹簧56由于受第二横杆54与芯片罩41的挤压开始产生弹性形变，压力传感器55识别弹簧56的弹力并传输给第二电机531。当压力传感器55识别的数值等于预设施加给吸杆42的压力值时，第二电机531停止转动；当压力传感器55识别的数值小于预设施加给吸杆42的压力值时，第二电机531正转；当压力传感器55识别的数值大于预设施加给吸杆42的压力值时，第二电机531反转，从而实现对芯片46施加恒定的共晶压力。需要说明的是，第二电机531采用伺服电机，弹簧56的弹力达到预设施加给吸杆42的压力值时产生得形变量需要大于定位部412内定位腔4120的深度。作为本发明的进一步延伸，定位部412上开设通气口4121，保护气体经气体加热器47加热后由输气管471经过通气口4121注入定位腔4120内，从而实现对芯片46的预热，以避免加热台由下至上加热时不能充分加热，从而提高焊接质量；同时，向定位腔4120内输入保护气体用于营造保护焊接的气体环境。定位部412内靠近焊接的位置处嵌设与气体加热器电性连接的温度传感器44用于检测焊接温度，并通过改变气体加热器47的加热温度改变定位腔4120内的焊接温度。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种共晶焊接设备，用于将芯片与基板焊接，其特征在于，包括：
载物平台，所述载物平台包括用于加热的加热台以及水平托持所述加热台并调节所述加热台位置的调整滑台；
第一调节组件，所述第一调节组件包括第一电机，竖直设置于所述载物平台一侧且与第一电机直连的第一丝杠以及与所述第一丝杠螺纹连接且横向设置的第一横杆，所述第一横杆置于所述加热台的上方；
焊头组件，所述焊接组件包括具有上下贯穿通孔的芯片罩以及活动设置在所述芯片罩内部并与芯片罩作上下相对运动的吸杆，所述吸杆的底端用于吸附芯片，所述芯片罩固定连接于第一横杆；
用于向吸杆施加向下恒定压力的第二调节组件，所述第二调节组件设置于所述第一横杆上并用于带动所述吸杆作上下运动，所述第二调节组件包括第二电机；
其中，所述芯片罩包括握持筒部以及自握持筒部的底端向所述载物平台凸伸形成的定位部，所述定位部围合形成具有向下敞口的定位腔，所述定位腔在水平面上的截面形状与待焊接的芯片的形状相吻合；
所述芯片罩的底端嵌设触点，所述触点与所述第一电机以及第二电机电性连接；所述第二调节组件包括：与所述第二电机直连且呈竖直设置的第二丝杠以及与所述第二丝杠螺纹连接且横向布置的第二横杆，所述第二横杆与所述吸杆固定连接；所述第二调节组件还包括套设于所述吸杆上的弹簧以及固定连接于所述弹簧上端的压力传感器；
其中，所述弹簧的下端与所述握持筒部的上端固定，所述压力传感器设于所述第二横杆的下方，所述压力传感器与所述第二电机连接。
2.根据权利要求1所述的共晶焊接设备，其特征在于，所述第二电机以及第二丝杠通过垂直于第一横杆且向上设置的立杆以及水平固定于所述立杆上的支架共同固定在第一横杆上；
其中，支架包括上支架以及下支架，所述上支架用于拖持第二电机，所述上支架与所述下支架共同夹持第二丝杠。
3.根据权利要求1所述的共晶焊接设备，其特征在于，所述吸杆包括竖直段以及设置于竖直段底端的吸盘，所述吸盘在水平面上的截面直径由上至下呈逐渐增大设置，用以增加吸杆与待焊接的芯片的接触面积，所述竖直段的上端连接负压发生器。
4.根据权利要求1所述的共晶焊接设备，其特征在于，所述定位部开设通气口，所述通气口通过输气管连接气体加热器，所述气体加热器用于加热保护气体，并通过所述输气管将保护气体注入所述定位腔内。
5.根据权利要求4所述的共晶焊接设备，其特征在于，所述定位部内靠近焊接的位置处嵌设温度传感器，所述温度传感器与所述气体加热器电性连接。
6.根据权利要求1所述的共晶焊接设备，其特征在于，所述调整滑台包括X轴调节台、Y轴调节台以及旋转调节台，所述旋转调节台设置于所述X轴调节台以及所述Y轴调节台的上方；
其中，X轴调节台用于带动加热台在X轴方向上运动，Y轴调节台用于带动加热台在Y轴方向上运动，旋转调节台用于带动加热台旋转。
7.根据权利要求6所述的共晶焊接设备，其特征在于，所述加热台的上表面凹陷形成定位槽，所述定位槽用于固定并定位基板。
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