CN114029661A

CN114029661A - 高真空状态下微电子封装自适应平行封焊方法

Info

Publication number: CN114029661A
Application number: CN202111553881.6A
Authority: CN
Inventors: 杨晓东; 刘鹏; 王成君; 武春晖; 李少飞; 王涛
Original assignee: Northwest Electronic Equipment Institute of Technology
Current assignee: Northwest Electronic Equipment Institute of Technology
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2041-12-17
Also published as: CN114029661B

Abstract

本发明公开了一种高真空状态下微电子封装自适应平行封焊方法，解决了在真空环境下如何低成本地完成薄壳器件盖板与管壳的高质量平行封焊，从而提高封焊成品率的问题；设置浮动的平行焊轮支架，使该支架上的两平行焊轮，浮动地压接在盖板与管壳之间的平行焊缝上，在平行焊轮支架的顶端设置砝码，通过增加或减少砝码的数量，来调整平行焊轮在焊缝上的焊接压力，从而实现焊接过程中的自适应焊接压力的调整；在左、右两平行焊轮支架之间，设置扁担状的半口字形顶升架体，通过偏心轮对半口字形顶升架体的顶接，实现将浮动的平行焊轮支架的升起和降下，完成两平行焊轮的焊接状态与等待焊接状态的转换；大大提高了封装组件的封焊质量。

Description

高真空状态下微电子封装自适应平行封焊方法

技术领域

本发明涉及一种微电子封装设备，特别涉及一种在高真空腔室中对微电子封装组件中的薄壳器件盖板与管壳进行平行焊接的机构及焊接方法。

背景技术

微电子封装组装（MEMS器件），即利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其它要素，在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出连线端子，并通过可塑性绝缘介质灌封固定，然后，根据电原理图或逻辑图，运用微电子技术和高密度组装技术，将微电子器件和微小型元件组装成适用的可生产的电子组件、部件或一个系统的技术过程；目前，真空封装设备正由单机向能够进行多项工艺（如烘烤、激活、对位、封焊、测试）的多腔室转变，高真空多腔室生产线应运而生，其大大提高了高真空下微电子封装元器件的转运效率；在高真空状态下，微电子封装中的薄壳类盖板与管壳的封装是通过平行焊接机构完成的；当薄壳类盖板经准确对位并放置到管壳上后，平行焊接机构，会带动焊头下降一定的行程，将两平行焊轮压接到盖板与管壳焊接处的焊缝上，然后，平行焊接机构再带动两平行焊轮，沿焊缝水平移动，实现对盖板与管壳的焊接；现有的这种平行焊接机构存在以下缺陷：（1）平行焊接机构的驱动电机均采用真空电机，真空电机存在价格昂贵且寿命短的缺陷，使设备成本大幅提高，设备维护费用也居高不下；（2）对于不同型号的封装盖板，需要反复精确调整平行焊接机构的下压行程，存在费时耗力的问题，影响到了现场的生产节奏和效率；（3）由于薄壳类盖板在机加工中不可避免地存在加工误差，固定的平行焊接机构的下压行程，并不能完全适应全部盖板与管壳焊接时下压行程的要求，对于误差较大的盖板，不合适的下压行程，会在平行焊轮实施焊接时，由于两侧焊缝施力的不均匀，导致管壳上设置的封装窗口发生移位，直接导致封装后的部件的成品率下降；（4）焊接机构的焊头下压及抬起的驱动机构复杂，维护成本高。

发明内容

本发明提供了一种高真空状态下微电子封装自适应平行封焊机构，解决了在真空环境下如何低成本地完成薄壳器件盖板与管壳的高质量平行封焊，从而提高封焊成品率的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思为：将普通电机设置在封闭的独立腔室中，通过磁流体隔离，实现独立腔室外的真空传动，从而实现了用普通电机代替真空电机，完成焊接机构的驱动任务；设置浮动的平行焊轮支架，使该支架上的两平行焊轮，浮动地压接在盖板与管壳之间的平行焊缝上，在平行焊轮支架的顶端设置砝码，通过增加或减少砝码的数量，来调整平行焊轮在焊缝上的焊接压力，从而实现焊接过程中的自适应焊接压力的调整；在左、右两平行焊轮支架之间，设置扁担状的半口字形顶升架体，通过偏心轮对半口字形顶升架体的顶接，实现将浮动的平行焊轮支架的升起和降下，完成两平行焊轮的焊接状态与等待焊接状态的转换；本发明摒弃了传统的平行焊中焊头机构预压行程的设置和调整的工序，大大提高了封装组件的封焊质量。

一种高真空状态下微电子封装自适应平行封焊机构，包括高真空密闭腔，在高真空密闭腔中设置有箱形框架体，在箱形框架体的前侧立板的前立面上，设置有偏心轮，在箱形框架体中设置有偏心轮驱动电机的密闭壳体，在密闭壳体中设置有偏心轮驱动电机，在密闭壳体中密闭有空气，偏心轮驱动电机的输出轴，通过密封磁流体后，与偏心轮的偏心轮轴连接在一起；在前侧立板的前立面上扣接有U形框架板，偏心轮活动设置在U形框架板的框架中，在U形框架板的前侧立面上，彼此平行地分别固定设置有左升降导轨块和右升降导轨块，在U形框架板左侧的前侧立板上，固定设置有上下方向左导轨槽，在U形框架板右侧的前侧立板上，固定设置有上下方向右导轨槽，半口字形升降框的左侧立柱设置在上下方向左导轨槽中，半口字形升降框的右侧立柱设置在上下方向右导轨槽中，在半口字形升降框横梁中部下底面上，固定连接有升降框顶升块，在升降框顶升块上，连接有顶升导轮轮轴，在顶升导轮轮轴上设置有顶升导轮，顶升导轮与偏心轮的轮外缘侧面顶接在一起；在左升降导轨块上设置有左升降滑块，在右升降导轨块上设置有右升降滑块，在左升降滑块上，固定连接有左平行焊轮机构，在右升降滑块上，固定连接有右平行焊轮机构，左平行焊轮机构的结构与右平行焊轮机构的结构，是完全相同的；在左升降滑块上连接有左平行焊轮机构的左平行焊轮支架，在左平行焊轮支架的下端，连接有左焊轮组件，在左焊轮组件上连接有左焊轮，在左平行焊轮支架的上端固定连接有砝码左支撑板，在砝码左支撑板上设置有左砝码穿接杆，左砝码通过其上的穿接孔放置在砝码左支撑板上；在左平行焊轮机构与右平行焊轮机构之间的正下方，设置有封焊组件，左焊轮压接在封焊组件的左侧焊缝上。

左焊轮组件是通过左L形吊接板连接在左平行焊轮支架下端的，左L形吊接板与左平行焊轮支架下端是通过绝缘垫圈和绝缘螺钉连接在一起的；在左平行焊轮机构上放置的左砝码的重量与在右平行焊轮机构上放置的右砝码的重量，是相同的；在砝码左支撑板的下底面上设置有尼龙顶升螺钉，升降框顶升块是设置在尼龙顶升螺钉正下方的。

左焊轮和右焊轮是浮动压接在封焊组件的两焊缝上的，通过调整砝码左支撑板上放置的左砝码的数量和重量，以及右平行焊轮机构上放置的右砝码的数量和重量，实现对封焊组件的两平行焊缝预压力的调整和设置。

当左焊轮和右焊轮对封焊组件的两平行焊缝施焊时，半口字形升降框上的升降框顶升块是设置在尼龙顶升螺钉正下方的，此时，左平行焊轮机构和右平行焊轮机构，是与半口字形升降框处于脱离状态的；当左焊轮和右焊轮对封焊组件，对封焊组件的两平行焊缝施焊完成后，在密闭壳体中设置的偏心轮驱动电机启动，偏心轮，通过顶升导轮，将半口字形升降框顶起，半口字形升降框通过顶接砝码左支撑板和右平行焊轮机构中的砝码右支撑板，将左焊轮和右焊轮提升起后，脱离封焊组件。

本发明的焊接机构的驱动电机被密封在空气腔室中工作，可选用普通直线电机，即大大节省了电机的投资成本，还克服了直线电机寿命短的缺陷；本发明将平行焊头机构设计为浮动机构，通过浮动机构上的砝码的重量调整，来控制焊接的下压力，在焊接过程中实现了焊轮与封焊组件的自适应，提高了焊缝质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的两平行焊轮机构的上下方向导轨座以及半口字形升降框317的升降导轨座的结构示意图；

图3是本发明的半口字形升降框317的结构示意图；

图4是本发明的U形框架板313的结构示意图；

图5是本发明的偏心轮323、顶升导轮324、升降框顶升块326和半口字形升降框317之间的配合关系图；

图6是本发明的升降框顶升块326、砝码左支撑板306和尼龙顶升螺钉327之间的配合关系图；

图7是本发明的左平行焊轮机构支架的结构示意图；

图8是本发明的左焊轮组件301的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种高真空状态下微电子封装自适应平行封焊机构，包括高真空密闭腔，在高真空密闭腔中设置有箱形框架体315，在箱形框架体315的前侧立板316的前立面上，设置有偏心轮323，在箱形框架体315中设置有偏心轮驱动电机的密闭壳体328，在密闭壳体328中设置有偏心轮驱动电机，在密闭壳体328中密闭有空气，偏心轮驱动电机的输出轴，通过密封磁流体后，与偏心轮323的偏心轮轴322连接在一起；在前侧立板316的前立面上扣接有U形框架板313，偏心轮323活动设置在U形框架板313的框架中，在U形框架板313的前侧立面上，彼此平行地分别固定设置有左升降导轨块312和右升降导轨块314，在U形框架板313左侧的前侧立板316上，固定设置有上下方向左导轨槽318，在U形框架板313右侧的前侧立板316上，固定设置有上下方向右导轨槽319，半口字形升降框317的左侧立柱320设置在上下方向左导轨槽318中，半口字形升降框317的右侧立柱321设置在上下方向右导轨槽319中，在半口字形升降框317横梁中部下底面上，固定连接有升降框顶升块326，在升降框顶升块326上，连接有顶升导轮轮轴325，在顶升导轮轮轴325上设置有顶升导轮324，顶升导轮324与偏心轮323的轮外缘侧面顶接在一起；在左升降导轨块312上设置有左升降滑块304，在右升降导轨块314上设置有右升降滑块，在左升降滑块304上，固定连接有左平行焊轮机构，在右升降滑块上，固定连接有右平行焊轮机构，左平行焊轮机构的结构与右平行焊轮机构的结构，是完全相同的；在左升降滑块304上连接有左平行焊轮机构的左平行焊轮支架305，在左平行焊轮支架305的下端，连接有左焊轮组件301，在左焊轮组件301上连接有左焊轮302，在左平行焊轮支架305的上端固定连接有砝码左支撑板306，在砝码左支撑板306上设置有左砝码穿接杆307，左砝码308通过其上的穿接孔309放置在砝码左支撑板306上；在左平行焊轮机构与右平行焊轮机构之间的正下方，设置有封焊组件329，左焊轮302压接在封焊组件329的左侧焊缝上。

左焊轮组件301是通过左L形吊接板303连接在左平行焊轮支架305下端的，左L形吊接板303与左平行焊轮支架305下端是通过绝缘垫圈310和绝缘螺钉311连接在一起的；在左平行焊轮机构上放置的左砝码308的重量与在右平行焊轮机构上放置的右砝码的重量，是相同的；在砝码左支撑板306的下底面上设置有尼龙顶升螺钉327，升降框顶升块326是设置在尼龙顶升螺钉327正下方的。

在高真空密闭腔中设置有箱形框架体315，在箱形框架体315的前侧立板316的前立面上，扣接有U形框架板313，在U形框架板313的前侧立面上，彼此平行地分别固定设置有左升降导轨块312和右升降导轨块314，在左升降导轨块312上设置有左升降滑块304，在右升降导轨块314上设置有右升降滑块，在左升降滑块304上固定连接有左平行焊轮机构，在右升降滑块上固定连接有右平行焊轮机构，左平行焊轮机构的结构与右平行焊轮机构的结构完全相同；在左升降滑块304上连接有左平行焊轮机构的左平行焊轮支架305，在左平行焊轮支架305的下端连接有左焊轮组件301，在左焊轮组件301上连接有左焊轮302，在左平行焊轮支架305的上端固定连接有砝码左支撑板306，在砝码左支撑板306上设置有左砝码穿接杆307，左砝码308通过其上的穿接孔309放置在砝码左支撑板306上；在左平行焊轮机构与右平行焊轮机构之间的正下方设置有封焊组件329，左焊轮302压接在封焊组件329的左侧焊缝上，右平行焊轮机构上的右焊轮压接在封焊组件329的右侧焊缝上；其特征在于以下步骤：左焊轮302和右焊轮是浮动压接在封焊组件329的两焊缝上的，通过调整砝码左支撑板306上放置的左砝码308的数量和重量，以及右平行焊轮机构上放置的右砝码的数量和重量，实现对封焊组件329的两平行焊缝预压力的调整和设置。

在箱形框架体315的前侧立板316的前立面上，设置有偏心轮323，在箱形框架体315中设置有偏心轮驱动电机的密闭壳体328，在密闭壳体328中设置有偏心轮驱动电机，在密闭壳体328中密闭有空气，偏心轮驱动电机的输出轴，通过密封磁流体后，与偏心轮323的偏心轮轴322连接在一起；在U形框架板313左侧的前侧立板316上，固定设置有上下方向左导轨槽318，在U形框架板313右侧的前侧立板316上，固定设置有上下方向右导轨槽319，半口字形升降框317的左侧立柱320设置在上下方向左导轨槽318中，半口字形升降框317的右侧立柱321设置在上下方向右导轨槽319中，在半口字形升降框317横梁中部下底面上固定连接有升降框顶升块326，在升降框顶升块326上连接有顶升导轮轮轴325，在顶升导轮轮轴325上设置有顶升导轮324，顶升导轮324与偏心轮323的轮外缘侧面顶接在一起；

当左焊轮302和右焊轮对封焊组件329的两平行焊缝施焊时，半口字形升降框317上的升降框顶升块326是设置在尼龙顶升螺钉327正下方的，此时，左平行焊轮机构和右平行焊轮机构，是与半口字形升降框317处于脱离状态的；

当左焊轮302和右焊轮对封焊组件329，对封焊组件329的两平行焊缝施焊完成后，在密闭壳体328中设置的偏心轮驱动电机启动，偏心轮323，通过顶升导轮324，将半口字形升降框317顶起，半口字形升降框317通过顶接砝码左支撑板306和右平行焊轮机构中的砝码右支撑板，将左焊轮302和右焊轮提升起后，脱离封焊组件329。

Claims

1.一种高真空状态下微电子封装自适应平行封焊方法，包括高真空密闭腔，在高真空密闭腔中设置有箱形框架体（315），在箱形框架体（315）的前侧立板（316）的前立面上，扣接有U形框架板（313），在U形框架板（313）的前侧立面上，彼此平行地分别固定设置有左升降导轨块（312）和右升降导轨块（314），在左升降导轨块（312）上设置有左升降滑块（304），在右升降导轨块（314）上设置有右升降滑块，在左升降滑块（304）上固定连接有左平行焊轮机构，在右升降滑块上固定连接有右平行焊轮机构，左平行焊轮机构的结构与右平行焊轮机构的结构完全相同；在左升降滑块（304）上连接有左平行焊轮机构的左平行焊轮支架（305），在左平行焊轮支架（305）的下端连接有左焊轮组件（301），在左焊轮组件（301）上连接有左焊轮（302），在左平行焊轮支架（305）的上端固定连接有砝码左支撑板（306），在砝码左支撑板（306）上设置有左砝码穿接杆（307），左砝码（308）通过其上的穿接孔（309）放置在砝码左支撑板（306）上；在左平行焊轮机构与右平行焊轮机构之间的正下方设置有封焊组件（329），左焊轮（302）压接在封焊组件（329）的左侧焊缝上，右平行焊轮机构上的右焊轮压接在封焊组件（329）的右侧焊缝上；其特征在于以下步骤：

左焊轮（302）和右焊轮是浮动压接在封焊组件（329）的两焊缝上的，通过调整砝码左支撑板（306）上放置的左砝码（308）的数量和重量，以及右平行焊轮机构上放置的右砝码的数量和重量，实现对封焊组件（329）的两平行焊缝预压力的调整和设置。

2.根据权利要求1所述的一种高真空状态下微电子封装自适应平行封焊方法，其特征在于，在箱形框架体（315）的前侧立板（316）的前立面上，设置有偏心轮（323），在箱形框架体（315）中设置有偏心轮驱动电机的密闭壳体（328），在密闭壳体（328）中设置有偏心轮驱动电机，在密闭壳体（328）中密闭有空气，偏心轮驱动电机的输出轴，通过密封磁流体后，与偏心轮（323）的偏心轮轴（322）连接在一起；在U形框架板（313）左侧的前侧立板（316）上，固定设置有上下方向左导轨槽（318），在U形框架板（313）右侧的前侧立板（316）上，固定设置有上下方向右导轨槽（319），半口字形升降框（317）的左侧立柱（320）设置在上下方向左导轨槽（318）中，半口字形升降框（317）的右侧立柱（321）设置在上下方向右导轨槽（319）中，在半口字形升降框（317）横梁中部下底面上固定连接有升降框顶升块（326），在升降框顶升块（326）上连接有顶升导轮轮轴（325），在顶升导轮轮轴（325）上设置有顶升导轮（324），顶升导轮（324）与偏心轮（323）的轮外缘侧面顶接在一起；

当左焊轮（302）和右焊轮对封焊组件（329）的两平行焊缝施焊时，半口字形升降框（317）上的升降框顶升块（326）是设置在尼龙顶升螺钉（327）正下方的，此时，左平行焊轮机构和右平行焊轮机构，是与半口字形升降框（317）处于脱离状态的；

当左焊轮（302）和右焊轮对封焊组件（329），对封焊组件（329）的两平行焊缝施焊完成后，在密闭壳体（328）中设置的偏心轮驱动电机启动，偏心轮（323），通过顶升导轮（324），将半口字形升降框（317）顶起，半口字形升降框（317）通过顶接砝码左支撑板（306）和右平行焊轮机构中的砝码右支撑板，将左焊轮（302）和右焊轮提升起后，脱离封焊组件（329）。