CN114905190A - 一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，包括控制箱，所述控制箱的正面安装有放置柜，所述放置柜的顶部安装有焊接底座，所述焊接底座的顶部安装有两组错位布置的共晶焊接台，所述焊接底座的顶部安装有横板，且横板位于共晶焊接台的一侧，所述横板的顶部设有左侧共晶主轴Y轴，所述焊接底座的顶部固定有立板框架，所述立板框架的正面安装有左侧共晶主轴X轴，所述左侧共晶主轴Y轴的内部嵌合连接有安装板，所述底板的顶部安装有左侧共晶主轴。本发明通过设置有共晶焊接台、加热平台和芯片缓存框，可辅助装置一次最多将5种芯片共晶焊接在一起，可实现快速升降温以及多段控温，能够实现多芯片多层次的共晶焊接。

Description

一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备

技术领域

本发明涉及共晶焊接技术领域，具体为一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备。

背景技术

共晶焊接是一种在相对较低的温度下共晶材料之间发生共晶物熔合的现象，相较于传统固晶方式，共晶焊接可有效提升热传导效率并提高LED的热稳定性，延缓LED衰减速度，随着电子技术的快速发展，芯片作为电子产品的核心技术设备，其加工需求量大幅上升，芯片的尺寸较小，传统焊接方式会对芯片造成损毁，因此共晶焊接技术大多用于芯片与基板之间的焊接，对芯片板的制造工艺具有重要影响。

现有的共晶焊接设备存在的缺陷是：

1、对比文件CN 210937574 U公开了一种快速切换多型号激光二极管的共晶焊接台，“本发明公开了一种快速切换多型号激光二极管的共晶焊接台，包括共晶焊接台主体和定位模块。所述共晶焊接台主体的侧面设有安装定位模块的安装槽，定位模块在安装槽内可拆卸安装，所述共晶焊接台主体上还设有定位槽，所述定位槽在竖向从共晶焊接台主体的一侧延伸到共晶焊接台主体相对的另一侧，用于对二极管管座进行定位。在焊接台本体的一个侧边开设一个安装定位模块的安装槽，不同的定位模块在安装槽内可以快速替换，所述定位模块针对TO56、TO38或TO33等不同型号的激光二极管不同设置。替换方式简单，不容易出错。达到一个共晶焊接台可以针对不同型号的激光二极管进行使用，节约了生产成本，提高了生产效率”，但是该共晶焊接台的芯片单次焊接数量有限，且无法实现多段控温，无法实现多芯片多层次的共晶焊接；

2、现有的共晶焊接台在工作时芯片的吸取作用力大多较为固定，无法实现相应吸力的调控，导致芯片吸取灵活性较低；

3、现有的共晶焊接台在焊接时，多为单工位工作，等待时间较长，无法有效提升装置的焊接效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，包括控制箱，所述控制箱的正面安装有放置柜，所述放置柜的顶部安装有焊接底座，所述焊接底座的顶部安装有两组错位布置的共晶焊接台，所述共晶焊接台的顶部安装有四组等距布置的芯片缓存框，所述共晶焊接台的顶部安装有加热平台，所述加热平台的底部接有多组接口；

所述焊接底座的顶部安装有横板，且横板位于共晶焊接台的一侧，所述横板的顶部设有左侧共晶主轴Y轴，所述焊接底座的顶部固定有立板框架，且立板框架位于共晶焊接台的后方，所述立板框架的正面安装有左侧共晶主轴X轴，所述左侧共晶主轴Y轴的内部嵌合连接有安装板，所述安装板远离横板的一侧表面安装有底板，所述底板的顶部安装有左侧共晶主轴。

优选的，所述焊接底座的顶部设有滑槽，且滑槽位于共晶焊接台的另一侧，所述滑槽的顶部滑动安装有高精度XY伺服平台，所述高精度XY伺服平台的一侧表面和安装板的一侧表面均安装有闭环力控盒，所述底板的顶部表面和高精度XY伺服平台的一侧表面均通过轴件安装有旋转吸嘴库，且旋转吸嘴库位于闭环力控盒的下方，所述旋转吸嘴库的内部顶部等距设有十二组内陷的吸嘴，所述高精度XY伺服平台的背面安装有固定板，所述固定板的顶部安装有右侧下拍相机。

优选的，所述立板框架的顶部安装有两组等距布置的滑轨，所述滑轨的顶部安装有横档，且横档的两端底部分别与两组滑轨的内部滑动连接，所述横档的正面安装有支杆，所述支杆的正面安装有蓝膜顶拍相机。

优选的，所述控制箱的一侧表面设有内陷的凹槽，所述凹槽的内部安装有抽气泵，所述控制箱的背面安装有数控显示器，且数控显示器与蓝膜顶拍相机、闭环力控盒、左侧下拍相机和右侧下拍相机电性连接。

优选的，所述焊接底座的顶部安装有两组平行布置的蓝膜上料盒，所述蓝膜上料盒位于立板的一侧，所述蓝膜上料盒的内底壁安装有等距布置的蓝膜顶晶结构，所述蓝膜顶晶结构的尾端与抽气泵的输出端连接。

优选的，所述焊接底座的顶部安装有两组平行布置的支撑块，其中一组所述支撑块的顶部安装有Gel-pak盒，另一组所述支撑块的顶部安装有左侧下拍相机和蘸胶盒，且蘸胶盒位于左侧下拍相机的前方，所述Gel-pak盒、左侧下拍相机和蘸胶盒均位于蓝膜上料盒和共晶焊接台的中间，所述左侧下拍相机与数控显示屏电性连接。

优选的，所述底板的顶部安装有双视野相机，且双视野相机位于左侧共晶主轴和旋转吸嘴库的中间，所述双视野相机与数控显示屏电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过安装有共晶焊接台、芯片缓存框和加热平台，焊接平台的内部外接有多路接口，可满足芯片焊接时加热平台内部实现快速升降温以及多段控温，能够实现多芯片多层次的共晶焊接，而四组芯片缓存框和加热平台表面放置的一组芯片，可使得装置最多一次将5种芯片共晶焊接在一起。

2、本发明通过安装有闭环力控盒，可对左侧共晶主轴、右侧共晶主轴采用闭环控制，使其共晶力在15g-150g区间可调，力控精度小于±2g，增加芯片吸取过程中力度调整的灵活性。

3、本发明通过安装有左侧共晶主轴、右侧共晶主轴、两组焊接共晶台以及旋转吸嘴库，将共晶焊接过程中的等待时间降到最低，在保证精度和力控精度下极大提升共晶效率，通过右侧下拍相机、左侧下拍相机、蓝膜顶拍相机和双视野相机的配合，可满足共晶焊接的左侧共晶主轴和右侧共晶主轴重复定位精度±0.03微米，提升装置的焊接精度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的控制箱的背面安装结构示意图；

图3为本发明的共晶焊接台、芯片缓存框和加热平台安装结构示意图；

图4为本发明的左侧共晶主轴、闭环力控盒和双视野相机安装结构示意图。

图中：1、控制箱；101、放置柜；102、立板框架；103、数控显示器；2、焊接底座；3、抽气泵；4、Gel-pak盒；5、蓝膜上料盒；501、蓝膜顶晶结构；6、左侧下拍相机；7、蘸胶盒；8、高精度XY伺服平台；9、右侧下拍相机；10、共晶焊接台；1001、芯片缓存框；1002、加热平台；11、左侧共晶主轴；1101、左侧共晶主轴Y轴；1102、左侧共晶主轴X轴；12、滑轨；1201、蓝膜顶拍相机；13、闭环力控盒；1301、旋转吸嘴库；1302、吸嘴；14、双视野相机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

请参阅图1和图3，本发明提供的一种实施例：一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，包括控制箱1，控制箱1的正面安装有放置柜101，放置柜101的顶部安装有焊接底座2，焊接底座2的顶部安装有两组错位布置的共晶焊接台10，共晶焊接台10的顶部安装有四组等距布置的芯片缓存框1001，共晶焊接台10的顶部安装有加热平台1002，加热平台1002的底部接有多组接口；

具体的，两个共晶焊接台10可实现芯片的交替共晶焊接，提高生产效率，加热平台1002连接的多组接口分别为氮气接入接口、真空接口压缩空气冷却接口，从而辅助加热平台1002可实现快速升降温以及多段控温，进而满足芯片实现多层次的共晶焊接需求，在进行芯片的焊接操作时，芯片缓存框1001的内部存放有四组待焊接的芯片，进而与放置在加热平台1002表面的芯片配合，辅助装置最多可实现5种芯片的共晶焊接；

焊接底座2的顶部安装有横板，且横板位于共晶焊接台10的一侧，横板的顶部设有左侧共晶主轴Y轴1101，焊接底座2的顶部固定有立板框架102，且立板框架102位于共晶焊接台10的后方，立板框架102的正面安装有左侧共晶主轴X轴1102，左侧共晶主轴Y轴1101的内部嵌合连接有安装板，安装板远离横板的一侧表面安装有底板，底板的顶部安装有左侧共晶主轴11。

具体的，通过左侧共晶主轴Y轴1101和左侧共晶主轴X轴1102，可辅助左侧共晶主轴11实现Y轴和X轴反向的移动，继而带动闭环力控盒13移动，进行芯片的吸取。

实施例一：

请参阅图1和图3，本发明提供的一种实施例：一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，包括闭环力控盒13，焊接底座2的顶部设有滑槽，且滑槽位于共晶焊接台10的另一侧，滑槽的顶部滑动安装有高精度XY伺服平台8，高精度XY伺服平台8的一侧表面和安装板的一侧表面均安装有闭环力控盒13，底板的顶部表面和高精度XY伺服平台8的一侧表面均通过轴件安装有旋转吸嘴库1301，且旋转吸嘴库1301位于闭环力控盒13的下方，旋转吸嘴库1301的内部顶部等距设有十二组内陷的吸嘴1302，高精度XY伺服平台8的背面安装有固定板，固定板的顶部安装有右侧下拍相机9。

具体的，通过闭环力控盒13的内部安装有高精度力传感器，采用力闭环控制方式进行控制，共晶压力在15g-150g之间可调，且力控精度小于±2g，从而辅助装置根据不同焊接需求实现高精度焊接，避免焊接力度过大或者不足现象的出现；

旋转吸嘴库1301内部设置的十二组吸嘴1302，通过转动旋转吸嘴库1301调整吸嘴1302的位置，即可满足装置快速更换吸嘴1302的需求；

另外，高精度XY伺服平台8靠近共晶焊接台10的一侧表面安装有右侧共晶主轴，高精度XY伺服平台8配有高精度导轨滑块和50纳米分辨率的光栅尺，导轨滑块和光栅尺均安装在滑槽的内部，从而与直线电机配合，实现高精度XY伺服平台8的高精度定位，进而辅助装置对靠近高精度XY伺服平台8的共晶焊接台10予以芯片吸取以便其进行后续的焊接操作，而右侧下拍相机9可从下部拍摄旋安装在右侧共晶主轴后方的旋转吸嘴库1301吸取的芯片，方便工作人员实时校正芯片的位置和角度，还可在更换吸嘴1302后校准吸嘴1302的物理中心，提高装置焊接的精度；

立板框架102的顶部安装有两组等距布置的滑轨12，滑轨12的顶部安装有横档，且横档的两端底部分别与两组滑轨12的内部滑动连接，横档的正面安装有支杆，支杆的正面安装有蓝膜顶拍相机1201。

具体的，通过滑轨12，可为横档的移动提供路径，以此满足蓝膜顶拍相机1201拍摄的位置需求，通过蓝膜顶拍相机1201的拍摄，方便工作人员确定芯片在蓝膜上的位置，随后为后续进行精准吸取芯片提供前提条件。

控制箱1的一侧表面设有内陷的凹槽，凹槽的内部安装有抽气泵3，控制箱1的背面安装有数控显示器103，且数控显示器103与蓝膜顶拍相机1201、闭环力控盒13、和右侧下拍相机9电性连接。

焊接底座2的顶部安装有两组平行布置的蓝膜上料盒5，蓝膜上料盒5位于立板的一侧，蓝膜上料盒5的内底壁安装有等距布置的蓝膜顶晶结构501，蓝膜顶晶结构501的尾端与抽气泵3的输出端连接。

具体的，通过数控显示器103，工作人员可在控制箱1的后方对焊接现场芯片的位置、芯片的吸取和吸取作用力的大小进行查看和控制，而蓝膜上料盒5可允许装置放置有两个6英寸的蓝膜，形成背景板凸出芯片位置，抽气泵3可为蓝膜顶晶结构501抽吸气体，进而使得旋转吸嘴库1301转移至蓝膜上料盒5上方进行芯片吸取时可以吸住蓝膜，进而实现蓝膜与芯片的顺利剥离。

焊接底座2的顶部安装有两组平行布置的支撑块，其中一组支撑块的顶部安装有Gel-pak盒4，另一组支撑块的顶部安装有左侧下拍相机6和蘸胶盒7，且蘸胶盒7位于左侧下拍相机6的前方，Gel-pak盒4、左侧下拍相机6和蘸胶盒7均位于蓝膜上料盒5和共晶焊接台10的中间，左侧下拍相机6与数控显示器103电性连接。

底板的顶部安装有双视野相机14，且双视野相机14位于左侧共晶主轴11和旋转吸嘴库1301的中间，双视野相机14与数控显示器103电性连接。

具体的，Gel-pak盒4表面放置有8个Gel-pak框，用于基板的上料、芯片的上料和共晶后的下料，蘸胶盒7内部可锡膏用于共晶焊接，也可放置银胶用于芯片贴合，双视野相机14安装在共晶主轴上，有两种不同大小的视野范围，用于对不同尺寸的芯片进行定位，进一步辅助装置提高焊接精度，而左侧下拍相机6可对左侧共晶主轴11及其后方的旋转吸嘴库1301吸取的芯片，方便工作人员实时校正芯片的位置和角度，还可在更换吸嘴1302后校准吸嘴1302的物理中心，提高装置焊接的精度。

工作原理：在进行芯片共晶焊接前，需要先在Gel-pak盒4内部放置基板和待焊接的芯片，并在蘸胶盒7内部放置锡膏，随即在蓝膜上料盒5内部放置两个6英寸的蓝膜，利用抽气泵3对蓝膜进行吸附固定；

之后根据需要焊接芯片的大小，调整闭环力控盒13的吸力大小，随即移动左侧共晶主轴11，使其沿着左侧共晶主轴X轴1102和左侧共晶主轴Y轴1101移动，随即从蓝膜上吸取芯片放至共晶焊接台10的芯片缓存框1001上，之后从Gel-pak盒4上吸取芯片放至共晶焊接台10的空余的芯片缓存框1001上，从Gel-pak盒4上吸取基板放至加热平台1002上，从蘸胶盒7蘸取锡膏或银胶点胶至基板上，之后启动加热平台1002，即可进行焊接操作，随即从共晶焊接台10吸取共晶后的芯片，完成焊接。

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。

Claims (7)

1.一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，包括控制箱(1)，其特征在于：所述控制箱(1)的正面安装有放置柜(101)，所述放置柜(101)的顶部安装有焊接底座(2)，所述焊接底座(2)的顶部安装有两组错位布置的共晶焊接台(10)，所述共晶焊接台(10)的顶部安装有四组等距布置的芯片缓存框(1001)，所述共晶焊接台(10)的顶部安装有加热平台(1002)，所述加热平台(1002)的底部接有多组接口；

所述焊接底座(2)的顶部安装有横板，且横板位于共晶焊接台(10)的一侧，所述横板的顶部设有左侧共晶主轴Y轴(1101)，所述焊接底座(2)的顶部固定有立板框架(102)，且立板框架(102)位于共晶焊接台(10)的后方，所述立板框架(102)的正面安装有左侧共晶主轴X轴(1102)，所述左侧共晶主轴Y轴(1101)的内部嵌合连接有安装板，所述安装板远离横板的一侧表面安装有底板，所述底板的顶部安装有左侧共晶主轴(11)。

2.根据权利要求1所述的一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，其特征在于：所述焊接底座(2)的顶部设有滑槽，且滑槽位于共晶焊接台(10)的另一侧，所述滑槽的顶部滑动安装有高精度XY伺服平台(8)，所述高精度XY伺服平台(8)的一侧表面和安装板的一侧表面均安装有闭环力控盒(13)，所述底板的顶部表面和高精度XY伺服平台(8)的一侧表面均通过轴件安装有旋转吸嘴库(1301)，且旋转吸嘴库(1301)位于闭环力控盒(13)的下方，所述旋转吸嘴库(1301)的内部顶部等距设有十二组内陷的吸嘴(1302)，所述高精度XY伺服平台(8)的背面安装有固定板，所述固定板的顶部安装有右侧下拍相机(9)。

3.根据权利要求1所述的一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，其特征在于：所述立板框架(102)的顶部安装有两组等距布置的滑轨(12)，所述滑轨(12)的顶部安装有横档，且横档的两端底部分别与两组滑轨(12)的内部滑动连接，所述横档的正面安装有支杆，所述支杆的正面安装有蓝膜顶拍相机(1201)。

4.根据权利要求1所述的一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，其特征在于：所述控制箱(1)的一侧表面设有内陷的凹槽，所述凹槽的内部安装有抽气泵(3)，所述控制箱(1)的背面安装有数控显示器(103)，且数控显示器(103)与蓝膜顶拍相机(1201)、闭环力控盒(13)、左侧下拍相机(6)和右侧下拍相机(9)电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，其特征在于：所述焊接底座(2)的顶部安装有两组平行布置的蓝膜上料盒(5)，所述蓝膜上料盒(5)位于立板的一侧，所述蓝膜上料盒(5)的内底壁安装有等距布置的蓝膜顶晶结构(501)，所述蓝膜顶晶结构(501)的尾端与抽气泵(3)的输出端连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，其特征在于：所述焊接底座(2)的顶部安装有两组平行布置的支撑块，其中一组所述支撑块的顶部安装有Gel-pak盒(4)，另一组所述支撑块的顶部安装有左侧下拍相机(6)和蘸胶盒(7)，且蘸胶盒(7)位于左侧下拍相机(6)的前方，所述Gel-pak盒(4)、左侧下拍相机(6)和蘸胶盒(7)均位于蓝膜上料盒(5)和共晶焊接台(10)的中间，所述左侧下拍相机(6)与数控显示屏(103)电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于微小芯片的高精度共晶焊接设备，其特征在于：所述底板的顶部安装有双视野相机(14)，且双视野相机(14)位于左侧共晶主轴(11)和旋转吸嘴库(1301)的中间，所述双视野相机(14)与数控显示屏(103)电性连接。

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