CN114799588B - 一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法，涉及电子元器件封装技术领域。包括预成型盖板、成型金锡焊环、安放组件、电阻点焊和开模检验等步骤，在电阻点焊焊枪的头部通入一定流速的惰性气体，在点焊时确保焊点处在惰性气体气氛中；在电阻点焊定位块上预置加热装置，通过加热装置对电阻点焊定位块进行加热，从而加热盖板定位块、预成型盖板和金锡焊环。本发明提供的封装方法，能够满足精密封装要求，其上附着的金锡焊料定位准、形变小、附着力强、不易脱落、氧化程度低；在提高附着金锡焊料预封装组件的成品率和质量的基础上，后续封装中仅需一次贴片，提高封装效率和加工精度，避免出现漏气等不良现象。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件封装技术领域，具体涉及一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法。
背景技术
传统的汽车制导、5G通讯、大功率激光、光通信等元器件封装过程中，需要将可伐合金盖板/陶瓷盖板、金锡焊环与管壳配合在300℃-350℃下实现低温烧结密封。在此过程中，通常金锡焊环需先与管壳贴合，然后盖板再与含金锡焊环的管壳贴合。多次贴合导致封装过程工艺环节多，成本增加，而且导致定位精度较低，盖板、焊环和管壳错位，最终使得焊缝不完整，无法满足密封技术要求。
为解决传统芯片封装技术存在的问题，人们进行了相关研究，其中，中国专利申请CN211438596U公开了一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，该激光点焊技术，能够在一定程度上解决定位不精准和密封不严的问题，但是同时带来了激光能量密度高，导致焊料溅射和焊点粗糙；焊接在空气氛围下进行，导致焊点易被氧化；激光焊接时的温度梯度大，焊料局部应力大，局部易变形，导致焊料与盖板的间隙较大，最终焊料易变形脱落等一系列新的问题，无法很好的满足精密封装的要求。因此亟需设计一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法，能够在解决定位不精准和密封不严问题的同时，避免焊料溅射、焊点粗糙、焊点氧化、焊料变形脱落等一系列新的问题，满足精密封装的要求。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法，包括以下步骤：
S1、预成型盖板
对原始板材进行成型处理获得预成型基板，在预成型基板上依次做四层电镀；
S2、成型金锡焊环
使用熔炼炉获得金锡合金锭，利用压延机将其压成箔带材，然后对箔带材进行冲裁获得金锡焊环，金锡焊环的外框尺寸与预成型盖板的尺寸相匹配；
S3、安放组件
将电阻点焊定位块固定在电阻点焊作业台上，将盖板定位块卡接于电阻点焊定位块上，将预成型盖板放入盖板定位块的盖板卡槽中，然后将金锡焊环放入盖板卡槽中，最后将防滑块放入盖板卡槽中，防滑块的尺寸与盖板卡槽尺寸一致，将预成型盖板和金锡焊环压紧于盖板卡槽中使两者紧密接触；
S4、电阻点焊
使用自定位移动的电阻点焊焊枪装置，依次自动定位并焊接四个焊脚，将金锡焊环附着在预成型盖板上；
S5、开模检验
采用振动机振动已依附金锡焊环的预成型盖板，检验金锡焊环是否已完全稳固预覆于预成型盖板上。
进一步的，步骤1中预成型盖板为可伐合金盖板或陶瓷盖板，
a)预成型可伐合金盖板步骤如下：
将可伐合金冲压成型后，通过电化学方法，在可伐合金盖板上依次做四层电镀，第一镀层为镀镍层，第二镀层为镀金层，第三镀层为镀镍层，第四镀层为镀金层；
b)预成型陶瓷盖板步骤如下：
将陶瓷切割成型后，通过物理气相沉积方式，在陶瓷盖板上依次做四层电镀，第一镀层为镀镍层，第二镀层为镀金层，第三镀层为镀镍层，第四镀层为镀金层，物理气相沉积方式为磁控溅射镀膜方式或离子束辅助蒸镀方式。
进一步的，步骤2中金锡焊环的厚度为10～50μm，金锡焊环的外框和内框的距离为0.1～5mm，金锡焊环为矩形或圆形。
进一步的，步骤3中盖板定位块通过自身的一组定位凹槽卡接于电阻点焊定位块上的一组定位凸点，防滑块的四角位置设有圆弧缺口，预留电阻点焊位置。
进一步的，步骤4中电阻点焊焊枪装置上配置一个电阻点焊焊枪，在电阻点焊焊枪的头部通入一定流速的惰性气体，在点焊时确保焊点处在惰性气体气氛中；在电阻点焊定位块上预置加热装置，通过加热装置对电阻点焊定位块进行加热，从而加热盖板定位块、预成型盖板和金锡焊环，加热温度控制在150℃-180℃。
进一步的，电阻点焊的焊点区域面积为圆形，焊点的直径为金锡焊环的外框和内框之间距离的一半，点焊接触压力为0.1-0.5N。
进一步的，电阻点焊焊枪装置上配置加压棒，加压棒施加在防滑块上的压力大于4倍的点焊接触压力。
进一步的，电阻点焊时的电流为100-200A，电阻点焊的同时，附加超声波点焊，超声波频率1-10KHz。
进一步的，惰性气体采用高纯氮气，纯度不小于99.999％，惰性气体在焊枪喷嘴口的流速控制在6-12m/s，在点焊时确保焊点处在惰性气体气氛中。
进一步的，电阻点焊定位块与电阻点焊作业台之间设有隔热垫。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
在封装前，采用电阻点焊方式在可伐合金或陶瓷盖板上附着金锡焊料，获得高质量的预成型盖板附着金锡焊环的组件，该组件能够满足精密封装要求，其上附着的金锡焊料定位准、形变小、附着力强、不易脱落、氧化程度低；在提高附着金锡焊料预封装组件的成品率和质量的基础上，后续封装中仅需一次贴片，减少了贴片次数，提高了加工效率和效果，并且避免焊料溅射、焊点粗糙、焊点氧化、焊料变形脱落等一系列问题，满足精密封装的要求。
附图说明
图1为本发明电阻点焊定位块示意图。
图2为本发明盖板定位块和防滑块示意图。
图3为本发明盖板定位块示意图。
图4为本发明防滑块示意图。
图5为本发明盖板定位块、预成型盖板、金锡焊环和防滑块装配后俯视示意图。
图6为本发明电阻点焊工作状态示意图。
图7为本发明预成型盖板与金锡焊环分离状态结构示意图。
图8为本发明焊点俯视示意图。
图9为本发明焊点剖面示意图。
图10为本发明预成型盖板镀层剖面示意图。
图中：1、电阻点焊定位块；2、定位凸点；3、盖板定位块；4、防滑块； 5、定位凹槽；6、盖板卡槽；7、电阻点焊定位槽；8、圆弧缺口；9、预成型盖板；10、金锡焊环；11、电阻点焊焊枪；12、惰性气体管道；13、惰性气体喷嘴；14、加热装置；15、加压棒；16、焊点；17、空隙；18、预成型基板；19、第一镀层；20、第二镀层；21、第三镀层；22、第四镀层。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
结合图1至图10，本实施例提供一种预成型盖板附着金锡焊片的电阻点焊预封装装置，包括电阻点焊定位块1、电阻点焊焊枪装置、盖板定位块3、防滑块4、抗氧化系统、加热装置14等。
电阻点焊定位块1上设置一组或多组定位凸点2；盖板定位块3上设置一组定位凹槽5，定位凹槽5能够与定位凸点2配合，实现盖板定位块3的定位。
盖板定位块3上设置盖板卡槽6，盖板卡槽6尺寸与预成型盖板9、金锡焊环10的外框尺寸一致，从而实现预成型盖板9和金锡焊环10的定位。
防滑块4尺寸与盖板卡槽6尺寸一致，防滑块4最后放入盖板卡槽6内，起到压紧预成型盖板9和金锡焊环10的作用。防滑块4四个角设置圆弧缺口 8，在盖板定位块3上盖板卡槽6的四个角位置处设有电阻点焊定位槽7，预留电阻点焊空间和位置，方便后续进行点焊操作。
电阻点焊焊枪装置设置在电阻点焊定位块1上方，能够左右、前后移动到焊接点上方，并且设置有能够上下移动的电阻点焊焊枪11，实现接触式焊接。本实施例中，电阻点焊焊枪装置配置能够预先设定位置坐标的自动化控制系统，可以自动移动、定位焊枪，并自动上下移动完成电阻点焊。
抗氧化系统由惰性气体气罐、减压阀、调压阀、流量计、惰性气体管道 12、惰性气体喷嘴13等组成，其中惰性气体喷嘴13应在焊接时对着焊接点，使预成型盖板9和金锡焊环10处在惰性气体氛围中。
加热装置14预置在电阻点焊定位块1中，实现对预成型盖板9和金锡焊环10的间接加热，可以避免局部高温导致焊环局部变形所形成的预成型盖板 9和金锡焊环10之间的空隙17，以使预成型盖板上点焊的金锡焊环10附着得更好、不易脱落。
通过使用该电阻点焊预封装装置，可以很好的实现一种适用于预成型盖板9附着金锡焊片的电阻点焊预封装方法，从而获得高质量的预成型盖板附着金锡焊环10的组件，在后续的封装中减少贴片次数，提高加工效率和效果，并且避免焊料溅射、焊点16粗糙、焊点16氧化、焊料变形脱落等一系列问题，满足精密封装的要求。
优选的，电阻点焊焊枪装置配置多个电阻电阻焊枪，本实施例中，电阻焊枪数量为四个，能够同时完成一块预成型盖板的4个角的焊接。
优选的，电阻点焊焊枪装置配置1根加压棒15。
优选的，抗氧化系统的喷嘴设置在电阻点焊焊枪11的枪头处，确保在点焊的同时将预成型盖板9和金锡焊环10置于惰性气体氛围中。
优选的，电阻点焊定位块1下表面配置隔热垫，避免电阻点焊作业台被加热装置14升温，降低加热能耗。
实施例2
本实施例提供一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法，包括以下步骤：
S1、预成型盖板
对原始板材进行成型处理获得预成型基板18，在预成型基板18上依次做四层电镀；
本实施例中，预成型盖板9为可伐合金盖板，将可伐合金冲压成型，得到长15mm，宽10mm的预成型基板18，预成型基板18为矩形板，通过电化学方法，在可伐合金盖板上依次做四层电镀，分别为第一镀层19、第二镀层20、第三镀层21和第四镀层22，第一镀层进行镀镍，厚度为1-9μm，第二镀层进行镀金，厚度为0.6-0.7μm，第三镀层进行镀镍，厚度为1-9μm，第四镀层进行镀金，厚度≥0.6μm。第一镀层和第三镀层累积厚度≤11.43μm，第二镀层和第四镀层累积厚度＞1.27μm。
S2、成型金锡焊环
使用熔炼炉获得金锡合金锭，利用压延机将其压成箔带材，然后对箔带材进行冲裁获得金锡焊环10，金锡焊环10的外框尺寸与预成型盖板9的尺寸相匹配；
本实施例中，金锡焊环10的厚度为20μm，金锡焊环10的外框和内框的距离为0.6mm，金锡焊环10的外框尺寸与预成型盖板9一致，长15mm，宽10mm，外形为矩形。
S3、安放组件
将电阻点焊定位块1固定在电阻点焊作业台上，将1块盖板定位块3卡在电阻点焊定位块1上的其中1组定位凸点2上；将预成型盖板9放入盖板定位块3的盖板卡槽6中，实现预成型盖板9的定位；然后将预成型金锡焊环10放入盖板卡槽6中，金锡焊环10外形与预成型盖板9一致，从而实现金锡焊环10的定位并覆盖在预成型盖板9上；最后将防滑块4放入盖板卡槽 6中，防滑块4外形与预成型盖板9一致，从而实现盖板和焊料的密切接触。防滑块4的四个角被切除形成圆弧缺口8，将电阻点焊的焊点16位置预留出来。
S4、电阻点焊
使用自定位移动的电阻点焊焊枪装置，依次自动定位并焊接四个焊脚，将金锡焊环10附着在预成型盖板上；其上配置1个电阻点焊焊枪11，依次自动定位并焊接四个焊脚，在焊接时通过惰性气体系统在焊枪头喷入高纯氮气，纯度为99.999％，喷出的流速为10m/s，使得焊点16处在惰性气体气氛中，并且被加热到150℃，最终将金锡焊环10附着在预成型盖板上。电阻点焊电流为120A，超声波频率5KHz，点焊直径为0.3mm。
S5、开模检验
采用振动机振动已依附金锡焊环10的预成型盖板，检验金锡焊环10是否已完全稳固预覆于预成型盖板上，确保满足质量要求，不会在后续转运和封装工艺环节脱落。
实施例3
本实施例步骤1预成型盖板9中，预成型盖板9为陶瓷盖板，将陶瓷切割成型后，得到长1.2mm，宽1.0mm的矩形盖板，通过物理气相沉积方式，在陶瓷盖板上依次做四层电镀，第一镀层进行镀镍，厚度≥1.2μm，第二镀层进行镀金，厚度为≥0.6μm，第三镀层进行镀镍，厚度≥1.2μm，第四镀层进行镀金，厚度为≥0.6μm。第一镀层和第三镀层累积厚度≤2.6μm，第二镀层和第四镀层累积厚度＞1.2μm，物理气相沉积方式包括但不限于磁控溅射镀膜方式和离子束辅助蒸镀方式。
步骤2成型金锡焊环10中，金锡焊环10厚度为15μm，金锡焊环10的外框和内框的距离为0.2mm，金锡焊环10的外框尺寸与矩形盖板一致，长 1.2mm，宽1.0mm。
步骤3安放组件中，如图1所示，本实施例的电阻点焊定位块1上设有 32个定位凸点2，两个为一组与盖板定位块3上的定位凹槽5匹配，共计可安装16块盖板定位块3。
步骤4电阻点焊中，对电阻点焊的作业参数进行调整，在焊接时通过惰性气体系统在焊枪头喷入高纯氮气，纯度为99.999％，喷出的流速为6m/s，使得焊点16处在惰性气体气氛中，并且被加热到180℃，加压棒15与防滑块 4接触，接触压力0.3N，最终将金锡焊环10附着在预成型盖板上。电阻点焊电流为100A，超声波频率1KHz，点焊直径为0.1mm。
实施例4：
将实施例2中预成型盖板9的形状调整为圆形，直径12mm，预成型金锡焊环10外径12mm，内径11mm，电阻点焊直径为0.5mm。其他条件不变。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预成型盖板
对原始板材进行成型处理获得预成型基板，在预成型基板上依次做四层电镀；
S2、成型金锡焊环
使用熔炼炉获得金锡合金锭，利用压延机将其压成箔带材，然后对箔带材进行冲裁获得金锡焊环，金锡焊环的外框尺寸与预成型盖板的尺寸相匹配；
S3、安放组件
将电阻点焊定位块固定在电阻点焊作业台上，将盖板定位块卡接于电阻点焊定位块上，将预成型盖板放入盖板定位块的盖板卡槽中，然后将金锡焊环放入盖板卡槽中，最后将防滑块放入盖板卡槽中，防滑块的尺寸与盖板卡槽尺寸一致，防滑块四个角设置有圆弧缺口，在盖板定位块上盖板卡槽的四个角位置处设有电阻点焊定位槽，金锡焊环与预成型盖板的焊接位置位于预留电阻点焊空间和位置，电阻点焊焊枪装置上配置加压棒，将预成型盖板和金锡焊环压紧于盖板卡槽中使两者紧密接触；
S4、电阻点焊
使用自定位移动的电阻点焊焊枪装置，依次自动定位并焊接四个焊脚，将金锡焊环附着在预成型盖板上；
S5、开模检验
采用振动机振动已依附金锡焊环的预成型盖板，检验金锡焊环是否已完全稳固预覆于预成型盖板上；
S1中预成型盖板为陶瓷盖板，
预成型陶瓷盖板步骤如下：
将陶瓷切割成型后，通过物理气相沉积方式，在陶瓷盖板上依次做四层电镀，第一镀层为镀镍层，第二镀层为镀金层，第三镀层为镀镍层，第四镀层为镀金层，物理气相沉积方式为磁控溅射镀膜方式或离子束辅助蒸镀方式；
陶瓷盖板上的四层电镀，第一镀层厚度≥1.2μm，第二镀层厚度为≥0.6μm，第三镀层厚度≥1.2μm，第四镀层厚度为≥0.6μm，第一镀层和第三镀层累积厚度≤2.6μm，第二镀层和第四镀层累积厚度＞1.2μm；
S2中金锡焊环的厚度为10～50μm，金锡焊环的外框和内框的距离为0.1～5mm，金锡焊环为矩形或圆形；
S4中电阻点焊焊枪装置上配置一个电阻点焊焊枪，在电阻点焊焊枪的头部通入一定流速的氮气，在点焊时确保焊点处在氮气气氛中；在电阻点焊定位块上预置加热装置，通过加热装置对电阻点焊定位块进行加热，从而加热盖板定位块、预成型盖板和金锡焊环，加热温度控制在150℃-180℃；
电阻点焊的焊点区域面积为圆形，焊点的直径为金锡焊环的外框和内框之间距离的一半，点焊接触压力为0.1-0.5N；
加压棒施加在防滑块上的压力大于4倍的点焊接触压力；
电阻点焊时的电流为100-200A，电阻点焊的同时，附加超声波点焊，超声波频率1-10KHz；
氮气采用高纯氮气，纯度不小于99.999％，氮气在焊枪喷嘴口的流速控制在6-12m/s，在点焊时确保焊点处在氮气气氛中。
2.如权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法，其特征在于，S3中盖板定位块通过自身的一组定位凹槽卡接于电阻点焊定位块上的一组定位凸点，防滑块的四角位置设有圆弧缺口，预留电阻点焊位置。
3.如权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的电阻点焊预封装方法，其特征在于，电阻点焊定位块与电阻点焊作业台之间设有隔热垫。
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