CN115394689B - 一种功率半导体器件热压烧结装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率半导体器件热压烧结装置，包括电控柜，所述压合结构由压合板和形变元件组成，所述形变元件位于压合板内部，所述可形变元件一侧设有隔热层，所述可形变元件外壁固定连接有限位点，所述隔热层顶部固定连接有第一压力传感器，所述压合板顶部固定连接有金属层。本发明通过在压合板内部设置形变元件，在压合板内部设置隔热层，在形变元件底端设置冷却层，在载物台内部设置冷区槽，在冷区槽内部设置可拔插式导热支撑柱，使冷区槽内部温度可传导到可拔插式导热支撑柱上，本发明中，可以实现烧结过程中施加均匀、稳定的压力，并实现加热、冷却功能。设备一体化，简化了烧结流程，提高了作业效率。

Description

一种功率半导体器件热压烧结装置

技术领域

本发明涉及热压烧结技术领域，具体为一种功率半导体器件热压烧结装置。

背景技术

半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。半导体器件的半导体材料是硅、锗或砷化镓，可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。为了与集成电路相区别，有时也称为分立器件。绝大部分二端器件(即晶体二极管)的基本结构是一个PN结，半导体器件通常利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构，已研制出种类繁多、功能用途各异的多种晶体二极，晶体二极管的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至光波。三端器件一般是有源器件，典型代表是各种晶体管(又称晶体三极管)。晶体管又可以分为双极型晶体管和场效应晶体管两类。根据用途的不同，晶体管可分为功率晶体管微波晶体管和低噪声晶体管。而半导体器件需要进行热压烧结装置加工。

目前银烧结工艺经过各大功率模块厂家的研究与改进，已在各家产品上更新迭代，随着新能源技术的不断发展，应用银烧结工艺的IGBT大功率模块的应用范围以及前景将越来越广阔。

在银烧结工艺流程中，对某些脆弱的产品(如SIC芯片)进行热压烧结时，设备需要对烧结对象(即芯片)施加较大的压力，加强芯片与基板的连接，从而提高产品的可靠性。然而由于芯片材质较脆弱，其承压能力有限，在受压烧结过程中设备需提供一均匀且较为稳定的压力，而压力过大或过小都会直接影响烧结的质量，进而导致产品的可靠性出现问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率半导体器件热压烧结装置，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：

一种功率半导体器件热压烧结装置，包括电控柜；

支架，固定连接于所述电控柜顶部；

交互面板，设于所述电控柜顶部，且所述交互面板外壁与所述支架固定连接；

所述支架外壁一侧设有压合结构；

所述压合结构由压合板和形变元件组成，所述形变元件位于压合板内部，所述形变元件一侧设有隔热层，所述形变元件外壁固定连接有限位点，所述隔热层顶部固定连接有第一压力传感器，所述压合板顶部固定连接有金属层，所述形变元件底端设有冷却层，所述冷却层底端固定连接有第一温度传感器，所述压合板底端固定连接有加热层，所述加热层外壁固定连接有第一热电偶，所述加热层底端固定连接有固定压头，所述固定压头外壁设有第一扩展压头，所述第一扩展压头外壁设有第二扩展压头。

进一步的，所述电控柜顶部固定连接有载物台，所述载物台内部开设有冷区槽，所述冷区槽内部设有可拔插式导热支撑柱，所述可拔插式导热支撑柱一端贯穿于载物台外壁一侧，所述可拔插式导热支撑柱与载物台滑动连接，可拔插式导热支撑柱的加入，使冷区槽内部温度可以传导到治具上。

进一步的，所述载物台外壁固定连接有第二热电偶，所述载物台内部开设有隔热槽，所述隔热槽内部固定连接有第二温度传感器，所述隔热槽内部固定连接有第二压力传感器，第二温度传感器的加入，使隔热槽内部的温度得到实时监控。

进一步的，所述支架外壁固定连接有驱动结构，所述驱动结构内部设有伺服电机，所述伺服电机输出轴一端固定连接有推杆，所述驱动结构外壁设有气动加压结构，所述推杆一端与金属层固定连接，推杆的加入，使伺服电机可以带动压合板运动。

进一步的，所述载物台外壁固定连接有圆盘，所述圆盘外壁开设有第一凹槽，所述第一凹槽与冷区槽连通，所述圆盘内部开设有第二凹槽，所述第二凹槽内部固定连接有固定杆，固定杆的加入，使按压杆的运动轨迹得到限制。

进一步的，所述固定杆外壁滑动连接有按压杆，所述按压杆远离固定杆一端贯穿于圆盘外壁一侧，所述按压杆与圆盘滑动连接；

所述第一凹槽内部固定连接有卡合杆，所述卡合杆外壁滑动连接有卡合套，所述卡合套一端贯穿于第一凹槽内部，所述卡合套与圆盘滑动连接，所述第一凹槽内部滑动连接有管道，所述管道外壁开设有卡合槽，所述卡合套一端与卡合槽相卡合，卡合槽的加入，使管道的位置可以得到固定。

进一步的，所述按压杆外壁铰接有第一滑杆，所述第一滑杆一端滑动连接有滑套，所述滑套外壁铰接有支撑板，所述支撑板两端均与第二凹槽内部固定连接，所述滑套远离第一滑杆一端滑动连接有第二滑杆，所述第二滑杆一端与卡合套铰接，滑套的加入，使第一滑杆可以带动第二滑杆运动。

进一步的，所述按压杆一端与第二凹槽之间设有弹簧，所述弹簧一端与按压杆外壁固定连接，所述弹簧另一端与第二凹槽内部固定连接，弹簧的加入，使按压套可以回到初始位置。

进一步的，所述电控柜外壁一侧设有冷却主机，所述冷却主机顶部固定连接有真空泵，所述冷却主机与管道固定连接，所述冷却主机与管道连通，所述真空泵与管道一端固定连接，所述真空泵与管道连通，管道内部加入，使冷却主机可以对冷区槽内部进行降温。

进一步的，所述载物台顶部设有治具，所述治具顶部设有限位磁吸条，所述治具底端开设有连接槽，所述连接槽与载物台滑动连接，连接槽的加入，使载物台可以与治具轻易分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明所述一种功率半导体器件热压烧结装置，可以使该装置在烧结过程中施加均匀、稳定的压力，通过在压合板内部设置形变元件，在压合板内部设置隔热层，在形变元件底端设置冷却层，在冷却层底端设置第一温度传感器，在加热层外壁设置第一热电偶，在加热层底端设置固定压头，在载物台内部设置冷区槽，在冷区槽内部设置可拔插式导热支撑柱，使冷区槽内部温度可传导到可拔插式导热支撑柱上，本发明中，可以实现烧结过程中施加均匀、稳定的压力，并实现加热、冷却功能。设备一体化，简化了烧结流程，提高了作业效率。

2、本发明所述一种功率半导体器件热压烧结装置，可以对管道进行更换检修，通过在固定杆外壁设置按压杆，在按压杆与第二凹槽之间设置弹簧，在按压套外壁设置第一滑杆，在第一滑杆一端设置滑套，在滑套一端设置第二滑杆，在卡合杆外壁设置卡合套，在管道外壁设置卡合槽，在按压杆与第二凹槽之间设置弹簧，使按压杆可以回到初始位置，本发明中，当需要更换管道时，按压按压杆即可。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的压合板主剖视图；

图3为本发明的冷却层主视图；

图4为本发明的固定压头主视图；

图5为本发明的固定压头仰视图；

图6为本发明的圆盘侧剖视图；

图7为本发明的载物台主剖视图；

图8为本发明的载物台俯视图；

图9为本发明的治具俯视图；

图10为本发明的治具主视图。

图中：1、电控柜；2、支架；3、交互面板；4、压合结构；5、压合板；6、形变元件；7、隔热层；8、限位点；9、第一压力传感器；10、金属层；11、冷却层；12、第一温度传感器；13、加热层；14、第一热电偶；15、固定压头；16、第一扩展压头；17、第二扩展压头；18、载物台；19、冷区槽；20、可拔插式导热支撑柱；21、第二热电偶；22、隔热槽；23、第二温度传感器；24、第二压力传感器；25、驱动结构；26、伺服电机；27、推杆；28、气动加压结构；29、圆盘；30、第一凹槽；31、第二凹槽；32、固定杆；33、按压杆；34、卡合杆；35、卡合套；36、管道；37、卡合槽；38、第一滑杆；39、滑套；40、支撑板；41、第二滑杆；42、弹簧；43、冷却主机；44、真空泵；45、治具；46、限位磁吸条；47、连接槽。

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。

请参阅图1-图10，本发明提供技术方案：

一种功率半导体器件热压烧结装置，包括电控柜1；

支架2，固定连接于电控柜1顶部；

交互面板3，设于电控柜1顶部，且交互面板3外壁与支架2固定连接；

支架2外壁一侧设有压合结构4；

压合结构4由压合板5和形变元件6组成，形变元件6位于压合板5内部，形变元件6一侧设有隔热层7，形变元件6外壁固定连接有限位点8，隔热层7顶部固定连接有第一压力传感器9，压合板5顶部固定连接有金属层10，形变元件6底端设有冷却层11，冷却层11底端固定连接有第一温度传感器12，压合板5底端固定连接有加热层13，加热层13外壁固定连接有第一热电偶14，加热层13底端固定连接有固定压头15，固定压头15外壁设有第一扩展压头16，第一扩展压头16外壁设有第二扩展压头17。

在一个优选的实施方式中，电控柜1顶部固定连接有载物台18，载物台18内部开设有冷区槽19，冷区槽19内部设有可拔插式导热支撑柱20，可拔插式导热支撑柱20一端贯穿于载物台18外壁一侧，可拔插式导热支撑柱20与载物台18滑动连接，当拉动可拔插式导热支撑柱20时，可拔插式导热支撑柱20会在冷区槽19内部滑出。

在一个优选的实施方式中，载物台18外壁固定连接有第二热电偶21，载物台18内部开设有隔热槽22，隔热槽22内部固定连接有第二温度传感器23，隔热槽22内部固定连接有第二压力传感器24，当第二温度传感器23进行运作时，可以把隔热槽22内部内部实时温度传导到交互面板3上。

在一个优选的实施方式中，支架2外壁固定连接有驱动结构25，驱动结构25内部设有伺服电机26，伺服电机26输出轴一端固定连接有推杆27，驱动结构25外壁设有气动加压结构28，推杆27一端与金属层10固定连接，当推杆27运动时，推杆27会带动压合板5运动。

在一个优选的实施方式中，电控柜1外壁一侧设有冷却主机43，冷却主机43顶部固定连接有真空泵44，冷却主机43与管道36固定连接，冷却主机43与管道36连通，真空泵44与管道36一端固定连接，真空泵44与管道36连通，当冷却主机43运作时，冷却主机43会通过管道36对冷区槽19内部进行降温。

在一个优选的实施方式中，载物台18顶部设有治具45，治具45顶部设有限位磁吸条46，治具45底端开设有连接槽47，连接槽47与载物台18滑动连接，当拉动治具45时，治具45会与载物台18滑动运动。

本发明的工作原理：当使用该装置，将产品放置于治具45上并固定，然后根据产品厚度将之举放置于载物台18上，载物台18包含了设于其上的可拔插式导热支撑柱20，该可拔插式导热支撑柱20导热性能优良且硬度高，可根据产品厚度选择支撑柱高度，载物台18根据产品厚度不同分为左右两个工作区，根据使用需求，可扩展第二组压合结构4，由于压合结构4能够实现自适应产品厚度，因此可双工位同时进行不同厚度的产品烧结，提高了作业效率，压合板5内嵌堆叠弹性可形变材料的传压结构，当产品厚度变化范围超过可形变材料的形变极限时，可选择合适高度的支撑柱放入载物台18，辅助气动加压结构28，提供0～5MPa的压力，可根据烧结过程中压力的变化进行增压、减压补偿，调节支架2位置，对压合结构4进行对位，压合结构4中的固定压头15、第一扩展压头16和第二扩展压头17，可自由扩展压头尺寸，内嵌堆叠弹性可形变材料的传压结构，该弹性可形变材料为橡胶块，弹性可形变材料还包含了压合板5内部的限位块，用于限制单一结构的形变量，治具45底部的连接槽47，便于扣置于支撑柱上方，且底部与支撑柱紧密贴合，通过驱动加压结构进行压合动作，当治具45位置固定完成时，启动真空泵44，开启冷区槽19内部的加热、抽真空和充氮气，预热温度为120℃至180℃，时间15到40分钟，预压0.5～1.5Mpa，同时抽真空，经过预热和预压阶段后，继续升温和加压，升温至220℃至280℃，升压至10Mpa至30Mpa进行烧结，进行保压烧结，保压烧结时间5到15分钟，烧结完成后泄真空、开启冷却主机43，使冷区槽19内部冷却循环降温，降温时控制降温速率，当制品降温完成时，最后将制品取出。

请参阅图1-图8，本发明提供技术方案：一种功率半导体器件热压烧结装置，载物台18外壁固定连接有圆盘29，圆盘29外壁开设有第一凹槽30，第一凹槽30与冷区槽19连通，圆盘29内部开设有第二凹槽31，第二凹槽31内部固定连接有固定杆32，当按压杆33进行运动时，按压杆33会在固定杆32外壁滑动运动。

在一个优选的实施方式中，固定杆32外壁滑动连接有按压杆33，按压杆33远离固定杆32一端贯穿于圆盘29外壁一侧，按压杆33与圆盘29滑动连接；

第一凹槽30内部固定连接有卡合杆34，卡合杆34外壁滑动连接有卡合套35，卡合套35一端贯穿于第一凹槽30内部，卡合套35与圆盘29滑动连接，第一凹槽30内部滑动连接有管道36，管道36外壁开设有卡合槽37，卡合套35一端与卡合槽37相卡合，按压杆33进行运动时，按压杆33会带动第一滑杆38运动。

在一个优选的实施方式中，按压杆33外壁铰接有第一滑杆38，第一滑杆38一端滑动连接有滑套39，滑套39外壁铰接有支撑板40，支撑板40两端均与第二凹槽31内部固定连接，滑套39远离第一滑杆38一端滑动连接有第二滑杆41，第二滑杆41一端与卡合套35铰接，当第二滑杆41进行运动时，第二滑杆41会带动卡合套35运动。

在一个优选的实施方式中，按压杆33一端与第二凹槽31之间设有弹簧42，弹簧42一端与按压杆33外壁固定连接，弹簧42另一端与第二凹槽31内部固定连接，当按压套进行运动时，按压套会带动弹簧42运动。

本发明的工作原理：当使用该装置，需要对管道36进行更换时，按压按压杆33，使按压杆33与圆盘29滑动连接，按压杆33同时在第二凹槽31内部滑动运动，按压杆33同时在固定杆32外壁滑动运动，按压杆33会对弹簧42进行挤压，按压杆33同时带动第一滑杆38运动，使第一滑杆38在第二凹槽31内部摆动运动，第一滑杆38会带动滑套39运动，使滑套39在第二凹槽31内部摆动运动，第一滑杆38一端同时在滑套39内部滑动运动，滑套39同时会带动第二滑杆41运动，使第二滑杆41在第二凹槽31内部小幅度摆动运动，第二滑杆41一端同时在滑套39内部滑动运动，第二滑杆41同时带动卡合套35运动，使卡合套35在第二凹槽31内部滑动运动，卡合套35同时在卡合杆34外壁滑动运动，卡合套35一端会逐渐从第一凹槽30进入到第二凹槽31内部，致使卡合套35一端与卡合槽37分离，当卡合套35一端与卡合槽37完全分离时，停止按压按压杆33，拉动管道36，使管道36从第一凹槽30内部滑动运动，使管道36从第一凹槽30内部滑出，使新的管道36进入到第一凹槽30内部，松开按压杆33，第一弹簧42的挤压力，使按压杆33可以回到初始位置，按压杆33会带动第一滑杆38运动，第一滑杆38带动滑套39运动，滑套39带动第二滑杆41运动，使第二滑杆41回到初始位置，第二滑杆41带动卡合套35在卡合杆34外壁滑动运动，使卡合套35一端卡合槽37相卡合。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率半导体器件热压烧结装置，包括电控柜(1)；

支架(2)，固定连接于所述电控柜(1)顶部；

交互面板(3)，设于所述电控柜(1)顶部，且所述交互面板(3)外壁与所述支架(2)固定连接；

其特征在于：

所述支架(2)外壁一侧设有压合结构(4)；

所述压合结构(4)由压合板(5)和形变元件(6)组成，所述形变元件(6)位于压合板(5)内部，所述形变元件(6)一侧设有隔热层(7)，所述形变元件(6)外壁固定连接有限位点(8)，所述隔热层(7)顶部固定连接有第一压力传感器(9)，所述压合板(5)顶部固定连接有金属层(10)，所述形变元件(6)底端设有冷却层(11)，所述冷却层(11)底端固定连接有第一温度传感器(12)，所述压合板(5)底端固定连接有加热层(13)，所述加热层(13)外壁固定连接有第一热电偶(14)，所述加热层(13)底端固定连接有固定压头(15)，所述固定压头(15)外壁设有第一扩展压头(16)，所述第一扩展压头(16)外壁设有第二扩展压头(17)。

2.根据权利要求1所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述电控柜(1)顶部固定连接有载物台(18)，所述载物台(18)内部开设有冷区槽(19)，所述冷区槽(19)内部设有可拔插式导热支撑柱(20)，所述可拔插式导热支撑柱(20)一端贯穿于载物台(18)外壁一侧，所述可拔插式导热支撑柱(20)与载物台(18)滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述载物台(18)外壁固定连接有第二热电偶(21)，所述载物台(18)内部开设有隔热槽(22)，所述隔热槽(22)内部固定连接有第二温度传感器(23)，所述隔热槽(22)内部固定连接有第二压力传感器(24)。

4.根据权利要求1所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述支架(2)外壁固定连接有驱动结构(25)，所述驱动结构(25)内部设有伺服电机(26)，所述伺服电机(26)输出轴一端固定连接有推杆(27)，所述驱动结构(25)外壁设有气动加压结构(28)，所述推杆(27)一端与金属层(10)固定连接。

5.根据权利要求2所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述载物台(18)外壁固定连接有圆盘(29)，所述圆盘(29)外壁开设有第一凹槽(30)，所述第一凹槽(30)与冷区槽(19)连通，所述圆盘(29)内部开设有第二凹槽(31)，所述第二凹槽(31)内部固定连接有固定杆(32)。

6.根据权利要求5所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述固定杆(32)外壁滑动连接有按压杆(33)，所述按压杆(33)远离固定杆(32)一端贯穿于圆盘(29)外壁一侧，所述按压杆(33)与圆盘(29)滑动连接；

所述第一凹槽(30)内部固定连接有卡合杆(34)，所述卡合杆(34)外壁滑动连接有卡合套(35)，所述卡合套(35)一端贯穿于第一凹槽(30)内部，所述卡合套(35)与圆盘(29)滑动连接，所述第一凹槽(30)内部滑动连接有管道(36)，所述管道(36)外壁开设有卡合槽(37)，所述卡合套(35)一端与卡合槽(37)相卡合。

7.根据权利要求6所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述按压杆(33)外壁铰接有第一滑杆(38)，所述第一滑杆(38)一端滑动连接有滑套(39)，所述滑套(39)外壁铰接有支撑板(40)，所述支撑板(40)两端均与第二凹槽(31)内部固定连接，所述滑套(39)远离第一滑杆(38)一端滑动连接有第二滑杆(41)，所述第二滑杆(41)一端与卡合套(35)铰接。

8.根据权利要求6所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述按压杆(33)一端与第二凹槽(31)之间设有弹簧(42)，所述弹簧(42)一端与按压杆(33)外壁固定连接，所述弹簧(42)另一端与第二凹槽(31)内部固定连接。

9.根据权利要求6所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述电控柜(1)外壁一侧设有冷却主机(43)，所述冷却主机(43)顶部固定连接有真空泵(44)，所述冷却主机(43)与管道(36)固定连接，所述冷却主机(43)与管道(36)连通，所述真空泵(44)与管道(36)一端固定连接，所述真空泵(44)与管道(36)连通。

10.根据权利要求2所述的一种功率半导体器件热压烧结装置，其特征在于：所述载物台(18)顶部设有治具(45)，所述治具(45)顶部设有限位磁吸条(46)，所述治具(45)底端开设有连接槽(47)，所述连接槽(47)与载物台(18)滑动连接。