CN115654913B - 半导体芯片连续封装的真空炉升降装置、治具框及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体芯片封装技术领域，提供一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置、治具框及系统。该真空炉升降装置，包括：第一升降单元，能够进行升降运动；加热单元，用于对治具进行加热，加热单元与第一升降单元连接；冷却升降机构，设于真空炉的对应腔室中，冷却升降机构包括：第二升降单元，能够进行升降运动；冷却单元，用于对治具进行冷却，冷却单元与第二升降单元连接。本发明的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置、治具框及系统，仅需要在作业开始时放入治具，操作简便；各工序均在真空状态、惰性气体状态或还原性气氛状态下完成，降低焊接空洞率；连续焊接，不需要频繁升温和降温，减少焊接时间，焊接效率高。

Description

半导体芯片连续封装的真空炉升降装置、治具框及系统

技术领域

本发明涉及半导体芯片封装技术领域，尤其涉及一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置、治具框及系统。

背景技术

在半导体芯片封装时需要在真空环境下进行，一般可采用真空炉形式得以实现。现有技术中的真空炉设置多个温区，分为预热区、焊接区和冷却区，其中，预热区采用氮气保护，并不是完全低氧环境；焊接区为真空环境。芯片焊接完之后，焊接区和冷却区之间连接的门打开，芯片从焊接区进入到冷却区，同时，焊接区和预热区之间连接的门打开，将预热的芯片送入到焊接区进行焊接，这样，在完成一个焊接过程并进行下一个焊接过程中，焊接区的前后门要同时打开，冷却区和预热区会破坏焊接区的真空环境的保持；有的现有技术中设置多个真空腔，芯片依次经过第一腔、第二腔、第三腔.....但是依旧会存在真空腔的前后门同时打开的情况，形式上属于在线式焊接，若需要保证焊接区的真空环境，还需要再次对焊接环境进行抽真空，这样不能保证焊接过程是连续的，加工效率低。

针对上述的真空炉，需要不断取放治具（含工件），操作繁琐；各工序设备都需要升温和降温等工艺，耗时较长，焊接效率低。

发明内容

本发明提供一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置、治具框及系统，用以解决现有技术中真空炉的升温和降温工艺耗时长，焊接效率低的缺陷。

本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，包括：

加热升降机构，所述加热升降机构设于半导体芯片连续封装的真空炉的对应腔室中，所述加热升降机构包括：

第一升降单元，所述第一升降单元能够进行升降运动；

加热单元，所述加热单元用于对治具进行加热，所述加热单元与所述第一升降单元连接；

冷却升降机构，所述冷却升降机构设于半导体芯片连续封装的真空炉的对应腔室中，所述冷却升降机构包括：

第二升降单元，所述第二升降单元能够进行升降运动；

冷却单元，所述冷却单元用于对治具进行冷却，所述冷却单元与所述第二升降单元连接。

根据本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，所述第一升降单元包括：

第一升降托板；

第一动力部，所述第一动力部与所述第一升降托板连接，用于驱动所述第一升降托板进行升降运动；

第一连接部，所述第一连接部的第一端与所述第一升降托板连接，所述第一连接部的第二端与所述加热单元连接；

所述第二升降单元包括：

第二升降托板；

第二动力部，所述第二动力部与所述第二升降托板连接，用于驱动所述第二升降托板进行升降运动；

第二连接部，所述第二连接部的第一端与所述第二升降托板连接，所述第二连接部的第二端与所述冷却单元连接。

根据本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，所述第一连接部包括：

第一支撑柱，所述第一支撑柱的第一端与所述第一升降托板连接，所述第一支撑柱的第二端与所述加热单元连接；

第一焊接波纹管，所述第一焊接波纹管沿所述第一支撑柱的轴向套设于所述第一支撑柱的外侧；

所述第二连接部包括：

第二支撑柱，所述第二支撑柱的第一端与所述第二升降托板连接，所述第二支撑柱的第二端与所述冷却单元连接；

第二焊接波纹管，所述第二焊接波纹管沿所述第二支撑柱的轴向套设于所述第二支撑柱的外侧。

根据本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，所述第一升降单元还包括：

第一导向轴，所述第一导向轴的一端固定在对应的所述腔室外壁上；

第一导向部，所述第一导向部设于所述第一升降托板，所述第一导向部适于与所述第一导向轴配合并沿直线相对运动；

所述第二升降单元还包括：

第二导向轴，所述第二导向轴的一端固定在对应的所述腔室外壁上；

第二导向部，所述第二导向部设于所述第二升降托板，所述第二导向部适于与所述第二导向轴配合并沿直线相对运动。

根据本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，所述第一导向部包括：直线轴承或直线导轨；所述第二导向部包括：直线轴承或直线导轨。

根据本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，还包括压紧机构，所述压紧机构分别设于所述加热升降机构和所述冷却升降机构的上方，用于对治具进行压紧。

根据本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，所述压紧机构包括：

第一调节板，所述第一调节板设有第一轨道；

第二调节板，所述第二调节板可滑动地设置于所述第一轨道上，且所述第二调节板设有与所述第一轨道呈角度布置的第二轨道；

弹簧柱塞，所述弹簧柱塞可滑动地设置于所述第二轨道上，用于对治具或焊接工件进行压紧。

根据本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，所述压紧机构还包括：

支撑导向柱，所述支撑导向柱设置于所述第一调节板的端部；

弹性件，所述弹性件设置于所述支撑导向柱外侧呈内外套结构，用于弹性支撑压紧机构。

本发明还提供一种治具框，所述治具框适于放置于本发明提供的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置上，所述治具框设有用于放置治具的通孔，所述加热单元和所述冷却单元均设有支撑凸台，所述支撑凸台与所述通孔相适配。

本发明还提供一种半导体芯片连续封装的真空炉系统，包括：预热腔室、加热腔室、冷却腔室和本发明提供的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，所述加热升降机构设于所述预热腔室和所述加热腔室中，所述冷却升降机构设于所述冷却腔室中。

本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，在预热腔室和加热腔室中设置加热升降机构，加热单元通过第一升降单元进行升降运动，使得加热单元可以与治具或被焊接工件贴合从而进行加热；在冷却腔室中设置冷却升降机构，冷却单元通过第二升降单元进行升降运动，使得冷却单元可以与治具或被焊接工件贴合从而进行冷却。本发明一种用于半导体芯片连续封装的真空炉系统的升降装置适用于芯片连续焊接封装，所述发明仅需要在作业开始时放入治具，操作简便；各工序均在真空环境、惰性气体环境或还原性气氛环境下完成，降低焊接空洞率；连续焊接，不需要频繁升温和降温，减少焊接时间，焊接效率高。

进一步地，本发明还提供一种治具框，其能够配合本发明的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置使用。

更进一步地，本发明还提供一种真空炉系统，其包括了本发明的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，因此具有如上同样的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的加热升降机构的结构示意图；

图2是本发明提供的冷却升降机构的结构示意图；

图3是本发明提供的加热单元的结构示意图；

图4是本发明提供的压紧机构的结构示意图；

图5是本发明提供的治具框的结构示意图；

图6是本发明提供的治具框与加热单元的装配图；

图7是本发明提供的真空炉系统的结构示意图。

附图标记：

100：加热升降机构；200：冷却升降机构；300：治具框；400：压紧机构；500：治具；

101：第一升降托板；102：第一导向轴；103：第一动力部；104：第一导向部；105：第一支撑柱；106：第一焊接波纹管；107：加热单元；108：支撑凸台；

201：第二升降托板；202：第二导向轴；203：第二动力部；204：第二导向部；205：第二支撑柱；206：第二焊接波纹管；207：冷却单元；

301：通孔；302：卡台；

401：第一调节板；402：第二调节板；403：弹簧柱塞；404：支撑导向柱；405：压板；

10：半导体芯片连续封装的真空炉系统；11：预热腔室；12：加热腔室；13：冷却腔室；14：入口待转区；15：出口待转区。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

下面结合图1-图7描述本发明的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置（以下简称为：用于真空炉的升降装置）。该用于真空炉的升降装置包括：加热升降机构100和冷却升降机构200。

具体来说，本实施例中的升降装置（即加热升降机构100和冷却升降机构200）适用于半导体芯片连续封装的真空炉系统，该真空炉系统包括：多个第一真空腔和第二真空腔。其中，多个第一真空腔沿作业流程方向依次设置；第二真空腔罩设于多个第一真空腔的外侧，用于在工件于多个第一真空腔流转时保持工件所处环境的真空状态。

具体来说，第一真空腔可以根据作业流程设置多个，以半导体芯片封装的连续焊接过程为例，其至少包括预热、焊接和冷却三个步骤，因此依次对应设置三个第一真空腔，也即预热腔室11、加热腔室12和冷却腔室13，上述三个腔室沿工件作业流程的顺序进行设置。第二真空腔尺寸能够囊括多个第一真空腔，其罩设于上述多个第一真空腔的外围，当工件需要在不同的第一真空腔之间流转时，需要开启第一真空腔的密封门使工件通过，此时第二真空腔的真空环境能够保证工件流转时也是在真空条件下进行。

进一步地，第二真空腔是一个罩设在第一真空腔外侧的大真空腔体，其在第一真空腔的密封门开启时，第二真空腔应保持关闭，保证其内部的真空环境，当工件在不同的第一真空腔进行流转时，第二真空腔内部为真空状态，保证工件始终处于真空状态；而当工件由第二真空腔入口进入时，第二真空腔开启，第一真空腔处于关闭状态，保持其内部的真空环境，待工件进入第二真空腔后关闭，并利用抽真空装置将第二真空腔内部抽真空，直至其内部达到设定的真空度。更进一步地，第二真空腔还包括入口待转区和出口待转区，其中，入口待转区14设于预热腔室11的入口端；出口待转区15设于冷却腔室13的出口端。

本实施例半导体芯片连续封装的真空炉升降装置中的加热升降机构100设于半导体芯片连续封装的真空炉（以下简称为：真空炉）的对应腔室中，冷却升降机构200设于真空炉的对应腔室中。

其中，加热升降机构100包括：第一升降单元和加热单元107。第一升降单元能够进行升降运动；加热单元107用于对治具500进行加热，加热单元107与第一升降单元连接，通过第一升降单元带动加热单元107进行升降。当装配治具500的治具框300移动到加热单元107上方时，第一升降单元动作使得加热单元107升高并与治具500贴合，通过热传导对治具500进行加热。上述的加热升降机构100可以应用于芯片预热和焊接两个步骤中。

冷却升降机构200包括：第二升降单元和冷却单元207。第二升降单元能够进行升降运动；冷却单元207用于对治具500进行冷却，冷却单元207与第二升降单元连接，通过第二升降单元带动冷却单元207进行升降。当装配治具500的治具框300移动到冷却单元207上方时，第二升降单元动作使得冷却单元207升高并与治具500贴合，通过热传导对治具500进行冷却。上述的冷却升降机构200可以应用于芯片冷却步骤中。

本发明提供的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，在预热腔室11和加热腔室12中设置加热升降机构100，加热单元107通过第一升降单元进行升降运动，使得加热单元107可以与治具500贴合从而进行加热；在冷却腔室13中设置冷却升降机构200，冷却单元207通过第二升降单元进行升降运动，使得冷却单元207可以与治具500贴合从而进行冷却。本发明的一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置适用于芯片连续封装的真空炉，仅需要在作业开始时放入治具500，操作简便；各工序均在真空环境、惰性气体环境或还原性气氛环境下完成，降低焊接空洞率；连续焊接，不需要频繁升温和降温，减少焊接时间，焊接效率高。

在本发明的其中一个实施例中，如图1所示，第一升降单元包括：第一升降托板101、第一动力部103和第一连接部。其中，第一动力部103与第一升降托板101连接，用于驱动第一升降托板101进行升降运动；第一连接部的第一端与第一升降托板101连接，第一连接部的第二端与加热单元107连接。第一动力部103可采用电机或气缸等驱动部件，其固定在对应腔室（即预热腔室11/加热腔室12）的底部，给第一升降托板101提供升降动力；加热单元107通过第一连接部与第一升降托板101连接，并实现同步升降。

在本发明的其中一个实施例中，如图2所示，第二升降单元包括：第二升降托板201、第二动力部203和第二连接部。其中，第二动力部203与第二升降托板201连接，用于驱动第二升降托板201进行升降运动；第二连接部，第二连接部的第一端与第二升降托板201连接，第二连接部的第二端与冷却单元207连接。第二动力部203可采用电机或气缸等驱动部件，其固定在对应腔室（即冷却腔室13）的底部，给第二升降托板201提供升降动力；冷却单元207通过第二连接部与第二升降托板201连接，并实现同步升降。

在本发明的其中一个实施例中，第一连接部包括：第一支撑柱105和第一焊接波纹管106。第一支撑柱105的第一端与第一升降托板101连接，第一支撑柱105的第二端与加热单元107连接；第一焊接波纹管106沿第一支撑柱的轴向套设于第一支撑柱的外侧。具体来说，第一支撑柱105和第一焊接波纹管106分别设置四个，保证支撑连接稳定；焊接波纹管具有耐压、耐温和耐腐蚀等优点。

在本发明的其中一个实施例中，第二连接部包括：第二支撑柱205和第二焊接波纹管206。第二支撑柱205的第一端与第二升降托板201连接，第二支撑柱205的第二端与冷却单元207连接；第二焊接波纹管206沿第二支撑柱的轴向套设于第二支撑柱的外侧。具体来说，第二支撑柱205和第二焊接波纹管206分别设置四个，保证支撑连接稳定；焊接波纹管具有耐压、耐温和耐腐蚀等优点。

在本发明的其中一个实施例中，第一升降单元还包括：第一导向轴102和第一导向部104。其中，第一导向轴102的一端固定在对应的腔室外壁上；第一导向部104设于第一升降托板101，第一导向部104适于与第一导向轴102配合并沿直线相对运动。具体来说，第一导向部104包括：直线轴承或直线导轨，通过第一导向部104与第一导向轴102的配合，保证第一升降单元沿竖直方向进行升降运动，避免发生偏移。

在本发明的其中一个实施例中，第二升降单元还包括：第二导向轴202和第二导向部204。其中，第二导向轴202的一端固定在对应的腔室外壁上；第二导向部204设于第二升降托板201，第二导向部204适于与第二导向轴202配合并沿直线相对运动。具体来说，第二导向部204包括：直线轴承或直线导轨，通过第二导向部204与第二导向轴202的配合，保证第二升降单元沿竖直方向进行升降运动，避免发生偏移。

在本发明的其中一个实施例中，该半导体芯片连续封装的真空炉升降装置还包括压紧机构400，压紧机构400分别设于加热升降机构100和冷却升降机构200的上方，用于对治具500进行压紧。具体来说，压紧机构400设置于腔室的顶部，可以进行升降运动，以便从上方对治具500进行压紧，使得加热单元107/冷却单元207与治具500贴合严密，进一步提高传热效率。

在本发明的其中一个实施例中，如图4所示，压紧机构400包括：第一调节板401、第二调节板402和弹簧柱塞403。其中，第一调节板401设有第一轨道；第二调节板402可滑动地设置于第一轨道上，且第二调节板402设有与第一轨道呈角度布置的第二轨道；弹簧柱塞403可滑动地设置于第二轨道上，用于对治具500或焊接工件进行压紧。优选地，本实施例中的第一轨道为纵向轨道，第二轨道为横向轨道。具体来说，第一调节板401和第二调节板402分别布置多个，通过调节第二调节板402在第一轨道的位置，调节弹簧柱塞403在第二轨道的位置，从而实现弹簧柱塞403在横向和纵向位置的调节，以对不同位置的治具500进行精确压紧。

在本发明的其中一个实施例中，压紧机构400还包括：支撑导向柱404和弹性件。其中，支撑导向柱404设置于第一调节板401的端部；弹性件设置于支撑导向柱404外侧呈内外套结构，用于弹性支撑压紧机构。具体来说，第三导向部可采用套筒形式，支撑导向柱404套入套筒中，并利用弹性件（可采用弹簧）支撑于腔室中，当需要压紧治具500操作时，腔室下落，通过下压设置于第一调节板401端部的压板405使得第一调节板401、第二调节板402和弹簧柱塞403下降，并利用弹簧柱塞403压紧治具500，此时弹性件处于收缩状态。

如图5和6所示，本发明还提供一种治具框300。该治具框300适于放置于上述实施例中的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置上，治具框300设有用于放置治具500的通孔301，加热单元107和冷却单元207均设有支撑凸台108，支撑凸台108与通孔301相适配。

进一步地，本发明提供的一种治具框300，其上设置矩形通孔301用于放置治具500，并在通孔301内壁设置有用于支撑治具500的卡台302。使用时，可将治具500放置于通孔301处，并利用卡台302支撑，加热单元107和冷却单元207通过各自的支撑凸台108与通孔301上的治具500直接接触传热，换热效率高。

本发明提供的一种治具框300，其能够配合上述实施例中的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置使用。

在本发明的其中一个实施例中，如图3所示，加热单元107采用石墨加热板或金属加热板（优选铜制加热板）等，其上设有控温热电偶插装孔和测温热电偶插装孔；冷却单元207采用不锈钢水冷板或采用风冷冷却板等。

如图7所示，本发明还提供一种半导体芯片连续封装的真空炉系统10。该真空炉系统10包括：预热腔室11、加热腔室12、冷却腔室13和上述实施例中的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，加热升降机构100设于预热腔室11和加热腔室12中，冷却升降机构200设于冷却腔室13中；该半导体芯片连续封装的真空炉系统10至少包括一个预热腔室11、一个加热腔室12和一个冷却腔室13

本发明还提供一种半导体芯片连续封装的真空炉系统10，其包括了本发明的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，因此具有如上同样的优势。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，其特征在于，包括：

加热升降机构，所述加热升降机构设于半导体芯片连续封装的真空炉的对应腔室中，所述加热升降机构包括：

第一升降单元，所述第一升降单元能够进行升降运动；

加热单元，所述加热单元用于对治具进行加热，所述加热单元与所述第一升降单元连接；

冷却升降机构，所述冷却升降机构设于半导体芯片连续封装的真空炉的对应腔室中，所述冷却升降机构包括：

第二升降单元，所述第二升降单元能够进行升降运动；

冷却单元，所述冷却单元用于对治具进行冷却，所述冷却单元与所述第二升降单元连接；

所述第一升降单元包括：

第一升降托板；

第一动力部，所述第一动力部与所述第一升降托板连接，用于驱动所述第一升降托板进行升降运动；

第一连接部，所述第一连接部的第一端与所述第一升降托板连接，所述第一连接部的第二端与所述加热单元连接；

所述第二升降单元包括：

第二升降托板；

第二动力部，所述第二动力部与所述第二升降托板连接，用于驱动所述第二升降托板进行升降运动；

第二连接部，所述第二连接部的第一端与所述第二升降托板连接，所述第二连接部的第二端与所述冷却单元连接；

所述第一连接部包括：

第一支撑柱，所述第一支撑柱的第一端与所述第一升降托板连接，所述第一支撑柱的第二端与所述加热单元连接；

第一焊接波纹管，所述第一焊接波纹管沿所述第一支撑柱的轴向套设于所述第一支撑柱的外侧；

所述第二连接部包括：

第二支撑柱，所述第二支撑柱的第一端与所述第二升降托板连接，所述第二支撑柱的第二端与所述冷却单元连接；

第二焊接波纹管，所述第二焊接波纹管沿所述第二支撑柱的轴向套设于所述第二支撑柱的外侧；

所述第一升降单元还包括：

第一导向轴，所述第一导向轴的一端固定在对应的所述腔室外壁上；

第一导向部，所述第一导向部设于所述第一升降托板，所述第一导向部适于与所述第一导向轴配合并沿直线相对运动；

所述第二升降单元还包括：

第二导向轴，所述第二导向轴的一端固定在对应的所述腔室外壁上；

第二导向部，所述第二导向部设于所述第二升降托板，所述第二导向部适于与所述第二导向轴配合并沿直线相对运动；

还包括压紧机构，所述压紧机构分别设于所述加热升降机构和所述冷却升降机构的上方，用于对治具进行压紧；

所述压紧机构包括：

第一调节板，所述第一调节板设有第一轨道；

第二调节板，所述第二调节板可滑动地设置于所述第一轨道上，且所述第二调节板设有与所述第一轨道呈角度布置的第二轨道；

弹簧柱塞，所述弹簧柱塞可滑动地设置于所述第二轨道上，用于对治具或焊接工件进行压紧；

所述压紧机构还包括：

支撑导向柱，所述支撑导向柱设置于所述第一调节板的端部；

弹性件，所述弹性件设置于所述支撑导向柱外侧呈内外套结构，用于弹性支撑压紧机构；

还包括：

适于放置于所述半导体芯片连续封装的真空炉升降装置上的治具框，所述治具框设有用于放置治具的通孔，所述加热单元和所述冷却单元均设有支撑凸台，所述支撑凸台与所述通孔相适配。

2.根据权利要求1所述的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，其特征在于，所述第一导向部包括：直线轴承或直线导轨；所述第二导向部包括：直线轴承或直线导轨。

3.一种半导体芯片连续封装的真空炉系统，其特征在于，包括：预热腔室、加热腔室、冷却腔室和权利要求1或2所述的半导体芯片连续封装的真空炉升降装置，所述加热升降机构设于所述预热腔室和所述加热腔室中，所述冷却升降机构设于所述冷却腔室中。

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