CN115116902A - 一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，包括底座，所述底座的顶部固定设有XYZ三轴机械臂，XYZ三轴机械臂上设置有滑轨，所述滑轨的内壁滑动连接有滑动块，所述滑动块的一侧外壁设有定位板，所述定位板的底部一端固定设有定位夹块。本发明通过对吸嘴直接加热吸嘴所吸住的的单个芯片进行加热，使芯片共晶熔接于基板上，实现共晶固晶。能够避免加热基板的方式对芯片进行共晶熔接，防止先前共晶好的芯片与基板熔接的位置再次熔化，能够避免大面积加热共晶基板而引发的共晶处反复熔融流动和冷却的应力影响，避免共晶好的芯片失位，满足同一基板多个芯片精准共晶的制成需求。

Description

一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头
技术领域
本发明涉及芯片加工领域，具体涉及一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头。
背景技术
共晶固晶技术是一种通过金属与金属熔合而键合固晶的一种固晶技术，它通过超声波加热，脉冲加热，恒温加热等各种加热手段，使共晶芯片与共晶芯片，共晶芯片与和底座或者引线框架之间的锡/金合金层熔化，从而形成稳固的金属与金属熔融键合。相比传统的固晶方式，金属与金属的键合，提高了键合强度，降低了键合阻抗，同时还提升了导热效率，是一种良好的固晶方式，尤其在LED和光通讯行业应用广泛。但是随着芯片尺寸和底座尺寸的不断缩小，对固晶精度的要求日益提高，在同一个底座或者框架上固多个芯片成为一种广泛需求。
传统的共晶固晶头在制作这样一种产品时，通常采用先把多个芯片放置到基板的顶部，通过现有的共晶台直接分别多次加热至共晶点的温度分别将芯片固定于基板的顶部，分多次对基板进行加热，将芯片依次共晶在基板的顶部，为此基板顶部的芯片会受到多次加热，导致先前安装的芯片与基板的共晶部位再次熔融，导致芯片共晶时熔融金属的流动性和金属冷却行程的应力和氧化的影响，导致原本位置精准的芯片因此失位，不能满足制成需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，以解决技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，包括底座，所述底座的顶部固定设有XYZ三轴机械臂，XYZ三轴机械臂上设置有滑轨，所述滑轨的内壁滑动连接有滑动块，所述滑动块的一侧外壁设有定位板，所述定位板的底部一端固定设有定位夹块，所述定位夹块的顶部外壁开有夹孔，所述夹孔的内壁插接有钨钢吸嘴，所述固定块的底部一端固定设有线圈基体，所述线圈基体的外圈绕制有特定圈数和形状的电磁加热线圈，所述线圈基体的内壁设有钨钢集热棒，所述钨钢集热棒的顶部一侧固定设有热电偶，所述底座的顶部一侧固定设有两条电线，两条所述电线的顶部一端与脉冲加热器相连，另外一端固定设有呈“Z”形结构的连接块，所述连接块的顶部一端固定设有共晶加工台，所述共晶加工台的顶部设有负压定位口。
优选的，所述XYZ三轴机械臂的一侧外壁通过板材固定设有固定块，所述固定块远离XYZ三轴机械臂的一侧开有固定槽，所述固定槽的内壁通过螺栓固定设有滑轨，所述滑轨的两侧内壁固定设有限位导轨，所述滑动块的两侧外壁开有限位滑槽，所述限位导轨的外壁与限位滑槽的内壁滑动连接。
优选的，所述固定块的顶部一端固定设有支撑板，所述支撑板的一侧外壁固定设有推杆电机，所述推杆电机的输出轴通过连轴器与滑动块的顶部一端固定连接。
优选的，所述滑动块的一侧外壁开有两个螺纹孔，所述定位板的一侧外壁开有两个沉降孔，所述沉降孔与螺纹孔的内壁配有相适配的螺栓。
优选的，所述共晶加工台的侧壁设有负压转接头和氮气注入孔，所述共晶加工台的内部通过开孔使负压定位口与负压转接头连通，通过氮气注入孔能够使共晶加工台的顶部产生氮气，避免芯片加热时氧化。
优选的，所述底座的顶部一侧固定设有负压发生器，所述负压发生器的顶部一端包括有三个负压接口，所述负压接口的内壁通过气管分别与钨钢吸嘴和负压转接头连通。
优选的，所述钨钢集热棒位于钨钢吸嘴的一侧，所述钨钢集热棒与钨钢吸嘴位于线圈基体的内壁，所述共晶加工台位于钨钢吸嘴和钨钢集热棒的正下方。
S1：使用前先将待安装芯片的基板放置到共晶加工台上，基板移动到共晶加工台的上方后，通过负压发生器产生负压，负压接口开始抽气，负压接口通过气管与负压气嘴连通，负压转接头从负压定位口的顶部吸气，位于共晶加工台顶部的基板会吸附在共晶加工台的顶部，由于共晶基板吸附在共晶加工台的顶部，能够避免加工时共晶基板移动；
S2：然后通过XYZ三轴机械臂移动固定块，通过固定块将钨钢吸嘴移动到芯片顶部指定的位置，通过推杆电机的输出轴向下移动，推杆电机带动滑动块向下移动，滑动块带动定位板与定位夹块向下移动，从而使钨钢吸嘴向下移动，钨钢吸嘴底部一端对准共晶芯片的指定位置，通过负压发生器产生负压，负压接口通过气管使钨钢吸嘴内产生负压，钨钢吸嘴底部一端直接吸附在芯片顶部，钨钢吸嘴吸取芯片，通过XYZ三轴机械臂移动至基板指定的位置，将芯片放置于基板上；
S3：此时对线圈基体外围绕制的电磁加热线圈通以电流，通过电磁加热线圈在线圈基体内圈中产生电磁涡流，电磁涡流对钨钢集热棒和钨钢吸嘴进行预热，通过热电偶便于了解钨钢吸嘴与钨钢集热棒的温度，通过通以电流的强度来调节温度的高低，将钨钢集热棒与钨钢吸嘴预热至接近共晶点的温度，同时通过脉冲加热器对共晶加工台的加热至低于但接近共晶点的温度；通过调节电磁加热线圈中电流的强度，电磁涡流的强度变大，钨钢吸嘴的瞬时温度快速升高，钨钢吸嘴的加热使得芯片与基板之间的温度迅速达到共晶点的温度，使芯片与基板之间的共晶体熔融，关闭电磁加热线圈中的电流和脉冲加热器，使温度持续下降，熔融的共晶体逐渐冷却，芯片共晶于基板上；
S4:钨钢吸嘴XYZ三轴机械臂通过移开去吸取下一个芯片，再次移动钨钢吸嘴对准下一个芯片，通过XYZ三轴机械臂移动至基板指定的位置，将芯片放置于基板上，单独地对芯片进行加热共晶熔接在基板上,重复上述操作直至所有所需固晶的芯片均共晶于基板上；
S5：共晶芯片加工完毕后，通过推杆电机的输出轴向上提升线圈基体与定位板，使钨钢吸嘴与钨钢集热棒远离共晶芯片，关闭负压发生器，待共晶芯片冷却后将共晶产品从共晶加工台的顶部取出。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
通过XYZ三轴机械臂移动固定块，通过固定块将线圈基体移动到芯片顶部指定的位置，通过推杆电机的输出轴向下移动，推杆电机带动滑动块向下移动，滑动块带动定位板与定位夹块向下移动，从而使钨钢吸嘴向下移动，钨钢吸嘴底部一端对准基板上需要共晶芯片的指定位置，通过负压发生器产生负压，负压接口通过气管使钨钢吸嘴内产生负压，钨钢吸嘴底部一端直接吸附在芯片顶部，通过对线圈基体外围绕制的电磁加热线圈通以电流的控制，处于线圈中的钨钢吸嘴的瞬时温度快速升高，通过对钨钢吸嘴的非接触加热，钨钢吸嘴将热量传递给所吸住的的单个芯片与芯片相连的基板区域进行加热，使芯片共晶体熔融，通过关闭电磁加热线圈的电流和脉冲加热器，熔融的共晶体冷却，使得芯片共晶于基板上，实现共晶固晶。通过电磁加热线圈产生电磁涡流对钨钢吸嘴进行加热，使得非接触加热吸嘴成为了可能，通过吸嘴直接加热吸嘴所吸的芯片进行加热，使得小区域直接加热芯片与芯片连接基板的小区域加热成为了可能，能够避免加热基板的方式对芯片进行熔接，实现对基板上需要共晶芯片指定的位置进行加热，防止先前共晶好的芯片与基板熔接的位置再次熔化，能够避免大面积加热共晶基板而引发的共晶处反复熔融流动和冷却的应力影响，避免共晶好的芯片失位，满足同一基板多个芯片精准共晶的制成需求。
通过负压发生器产生负压，负压接口开始抽气，通过钨钢吸嘴与负压气嘴连通，负压转接头从负压定位口的顶部吸气，共晶基板放置于共晶加工台的顶部会被吸附，共晶基板吸附在共晶加工台的顶部，能够避免加工时共晶芯片移动，有利于提高本发明的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明共晶加工台结构示意图；
图3为本发明固定块结构示意图；
图4为本发明线圈基体结构示意图；
图5为本发明滑轨结构示意图；
图6为本发明推杆电机结构示意图；
图7为本发明定位板结构示意图。
附图标记说明：
1底座、2XYZ三轴机械臂、3固定块、4固定槽、5滑轨、6限位导轨、7滑动块、8限位滑槽、9支撑板、10推杆电机、11定位板、12沉降孔、13定位夹块、14夹孔、15钨钢吸嘴、18线圈基体、19电磁加热线圈、20热电偶、21钨钢集热棒、22负压发生器、23负压接口、24电线、25连接块、26共晶加工台、27负压定位口、28负压转接头、29氮气注入孔。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
实施例一
参照说明书附图1-7，一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，包括底座1，底座1的顶部固定设有XYZ三轴机械臂2，XYZ三轴机械臂2上设置有滑轨5，滑轨5的内壁滑动连接有滑动块7，滑动块7的一侧外壁设有定位板11，定位板11的底部一端固定设有定位夹块13，定位夹块13的顶部外壁开有夹孔14，夹孔14的内壁插接有钨钢吸嘴15，固定块3的底部一端固定设有线圈基体18，线圈基体18的外围绕制有特定圈数和形状的电磁加热线圈19，线圈基体的内圈中设有钨钢吸嘴15和钨钢集热棒21，钨钢集热棒21的顶部一侧固定设有热电偶20，底座1的顶部一侧固定设有两条电线24，两条电线24一端与脉冲加热器相连，另外一端与呈“Z”形结构的连接块25相连，连接块25的顶部一端固定设有共晶加工台26，共晶加工台26的顶部设有负压定位口27。
实施例二
基于实施例一的基础上，XYZ三轴机械臂2的一侧外壁通过板材固定设有固定块3，固定块3远离XYZ三轴机械臂2的一侧开有固定槽4，固定槽4的内壁通过螺栓固定设有滑轨5，滑轨5的两侧内壁固定设有限位导轨6，滑动块7的两侧外壁开有限位滑槽8，限位导轨6的外壁与限位滑槽8的内壁滑动连接，滑动块7的两侧外壁开有限位滑槽8，限位导轨6的外壁与限位滑槽8的内壁滑动连接，固定块3的顶部一端固定设有支撑板9，支撑板9的一侧外壁固定设有推杆电机10，推杆电机10的输出轴通过连轴器与滑动块7的顶部一端固定连接，滑动块7的一侧外壁开有两个螺纹孔，定位板11的一侧外壁开有两个沉降孔12，沉降孔12与螺纹孔的内壁配有相适配的螺栓。
实施例三
基于实施例一的基础上，共晶加工台26的侧壁设有负压转接头28和氮气注入孔29，共晶加工台26的内部通过开孔使负压定位口27与负压转接头28连通，通过氮气注入孔29能够使共晶加工台26的顶部产生氮气，避免芯片加热时氧化，底座1的顶部一侧固定设有负压发生器22，负压发生器22的顶部一端包括有三个负压接口23，负压接口23的内壁通过气管分别与钨钢吸嘴15和负压转接头28连通，钨钢集热棒21位于钨钢吸嘴15的一侧，钨钢集热棒21与钨钢吸嘴15位于线圈基体18的内圈中，共晶加工台26位于钨钢吸嘴15和钨钢集热棒21的正下方。
本发明工作原理：
参照说明书附图1-7，使用前先将待安装芯片的基板放置到共晶加工台26上，基板移动到共晶加工台26的上方后，通过负压发生器22产生负压，负压接口23开始抽气，负压接口23通过气管与负压气嘴29连通，负压转接头28从负压定位口27的顶部吸气，位于共晶加工台26顶部的基板会吸附在共晶加工台26的顶部，由于共晶基板吸附在共晶加工台26的顶部，能够避免加工时共晶基板移动，然后对电磁加热线圈19通以电流，线圈基体18中产生电磁涡流，处于线圈基体18内圈中的钨钢集热棒21和钨钢吸嘴15被电磁涡流进行预热，通过热电偶20便于了解钨钢吸嘴15与钨钢集热棒21的温度，通过对统一电流的控制将钨钢集热棒21与钨钢吸嘴15预热至接近共晶点的温度，同时通过脉冲加热器对对共晶加工台26的加热至低于但接近共晶点的温度，此时通过XYZ三轴机械臂2移动固定块3，通过固定块3将吸附好芯片的吸嘴移动到基板顶部指定的位置，通过推杆电机10的输出轴向下移动，推杆电机10带动滑动块7向下移动，滑动块7带动定位板11与定位夹块13向下移动，从而使钨钢吸嘴15向下移动，钨钢吸嘴15底部一端对准基板上需要共晶芯片的指定位置，将芯片放置于基板上，通过线圈基体18外围绕制的电磁加热线圈19通以电流，钨钢吸嘴15的瞬时温度快速升高，钨钢吸嘴15的温度将热量传递给芯片和芯片与基板连接处的共晶体上，共晶体温度迅速达到共晶点的温度，当关闭电磁加热线圈中的电流和脉冲加热器时，共晶体温度迅速下降冷却，芯片便共晶于基板上。钨钢吸嘴15XYZ三轴机械臂2通过移开去吸取下一个芯片，再次移动钨钢吸嘴15对准下一个芯片，通过XYZ三轴机械臂2移动至基板指定的位置，将芯片放置于基板上，单独地对芯片进行加热共晶熔接在基板上，所有所需共晶芯片共晶完毕后，通过推杆电机10的输出轴向上提升线圈基体18与定位板11，使钨钢吸嘴15与钨钢集热棒21远离共晶芯片，关闭负压发生器22，待共晶芯片冷却后将共晶芯片从共晶加工台26的顶部取出。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权
利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)的顶部固定设有XYZ三轴机械臂(2)，XYZ三轴机械臂(2)上设置有滑轨(5)，所述滑轨(5)的内壁滑动连接有滑动块(7)，所述滑动块(7)的一侧外壁设有定位板(11)，所述定位板(11)的底部一端固定设有定位夹块(13)，所述定位夹块(13)的顶部外壁开有夹孔(14)，所述夹孔(14)的内壁插接有钨钢吸嘴(15)，所述固定块(3)的底部一端固定设有线圈基体(18)，所述线圈基体(18)的外围绕制有电磁加热线圈(19)，所述线圈基体(18)的内圈中设有钨钢集热棒(21)，所述钨钢集热棒(21)的顶部一侧固定设有热电偶(20)，所述底座(1)的顶部一侧固定设有两条电线(24)，两条电线(24)一端接有脉冲加热器，另外一端固定呈“Z”形结构的连接块(25)，所述连接块(25)的顶部一端固定设有共晶加工台(26)，所述共晶加工台(26)的顶部设有负压定位口(27)。
2.根据权利要求1所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于：所述XYZ三轴机械臂(2)的一侧外壁通过板材固定设有固定块(3)，所述固定块(3)远离XYZ三轴机械臂(2)的一侧开有固定槽(4)，所述固定槽(4)的内壁通过螺栓固定设有滑轨(5)，所述滑轨(5)的两侧内壁固定设有限位导轨(6)，所述滑动块(7)的两侧外壁开有限位滑槽(8)，所述限位导轨(6)的外壁与限位滑槽(8)的内壁滑动连接。
3.根据权利要求2所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于：所述固定块(3)的顶部一端固定设有支撑板(9)，所述支撑板(9)的一侧外壁固定设有推杆电机(10)，所述推杆电机(10)的输出轴通过连轴器与滑动块(7)的顶部一端固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于：所述固定块(3)的顶部一端设有线圈基体(18)，所述线圈基体(18)的外围绕制有特定圈数与形状的电磁加热线圈(19)。
5.根据权利要求4所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于：所述滑动块(7)的一侧外壁开有两个螺纹孔，所述定位板(11)的一侧外壁开有两个沉降孔(12)，所述沉降孔(12)与螺纹孔的内壁配有相适配的螺栓。
6.根据权利要求5所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于：所述线圈基体(18)的外围绕制有特定圈数与形状的电磁加热线圈(19)。
7.根据权利要求6所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于：所述共晶加工台(26)的侧壁设有负压转接头(28)和氮气注入孔(29)，所述共晶加工台(26)的内部通过开孔使负压定位口(27)与负压转接头(28)连通。
8.根据权利要求7所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于：所述底座(1)的顶部一侧固定设有负压发生器(22)，所述负压发生器(22)的顶部一端包括有三个负压接口(23)，所述负压接口(23)的内壁通过气管分别与钨钢吸嘴(15)和负压转接头(28)连通。
9.根据权利要求8所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于：所述钨钢集热棒(21)位于钨钢吸嘴(15)的一侧，所述钨钢集热棒(21)与钨钢吸嘴(15)位于线圈基体(18)的内圈中，所述共晶加工台(26)位于钨钢吸嘴(15)和钨钢集热棒(21)的正下方。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的一种适用芯片独立共晶的吸嘴加热精准固晶头，其特征在于，还包括如下操作步骤：
步骤1：使用前先将待安装芯片的基板放置到共晶加工台(26)上，基板移动到共晶加工台(26)的上方后，通过负压发生器(22)产生负压，负压接口(23)开始抽气，负压接口(23)通过气管与负压气嘴(29)连通，负压转接头(28)从负压定位口(27)的顶部吸气，位于共晶加工台(26)顶部的基板会吸附在共晶加工台(26)的顶部，由于共晶基板吸附在共晶加工台(26)的顶部，能够避免加工时共晶基板移动；
步骤2：然后启动线圈基体(18)外围绕制的电磁加热线圈(19)，通过电磁加热线圈(19)产生电磁涡流对钨钢集热棒(21)和钨钢吸嘴(15)的进行预热，通过热电偶(20)便于了解钨钢吸嘴(15)与钨钢集热棒(21)的温度，将钨钢集热棒(21)与钨钢吸嘴(15)预热至接近共晶点的温度，同时通过电加热块(25)对共晶加工台(26)的加热至接近共晶点的温度；
步骤3：此时通过XYZ三轴机械臂(2)移动固定块(3)，通过固定块(3)将线圈基体(18)移动到芯片顶部指定的位置，通过推杆电机(10)的输出轴向下移动，推杆电机(10)带动滑动块(7)向下移动，滑动块(7)带动定位板(11)与定位夹块(13)向下移动，从而使钨钢吸嘴(15)向下移动，钨钢吸嘴(15)底部一端对准基板上需要共晶芯片的指定位置，通过负压发生器(22)产生负压，负压接口(23)通过气管使钨钢吸嘴(15)内产生负压，钨钢吸嘴(15)底部一端直接吸附在芯片顶部，钨钢吸嘴(15)吸取芯片，通过XYZ三轴机械臂(2)移动至基板指定的位置，将芯片放置于基板上，通过对线圈基体(18)外围绕制的电磁加热线圈(19)通以电流，线圈基体中产生电磁涡流，处于电磁涡流中的钨钢吸嘴(15)和钨钢集热棒的瞬时温度快速升高，钨钢吸嘴(15)的温度快速达到芯片与基板之间共晶点的温度，单独对基板顶部的芯片进行加热，能够单独加热芯片进行共晶固晶，使芯片单独加热共晶于基板上，钨钢吸嘴(15)XYZ三轴机械臂(2)通过移开去吸取下一个芯片，再次移动钨钢吸嘴(15)对准下一个芯片，通过XYZ三轴机械臂(2)移动至基板指定的位置，将芯片放置于基板上，单独地对芯片进行加热共晶熔接在基板上；
步骤4：所有需共晶芯片加工完毕后，通过推杆电机(10)的输出轴向上提升线圈基体(18)与定位板(11)，使钨钢吸嘴(15)与钨钢集热棒(21)远离共晶芯片，关闭负压发生器(22)，待共晶产品冷却后将共晶产品从共晶加工台(26)的顶部取出。
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