CN116313845A - 一种ipm封装模块的固晶组装治具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种IPM封装模块的固晶组装治具，包括框架盖板、框架载具、陶瓷片盖板和陶瓷片载具组成；陶瓷片载具开设有多个片位槽；陶瓷片载具底部分布有多个第一沉头孔，第一沉头孔内埋置磁石；陶瓷片盖板位于陶瓷片载具之上，在对应于每个片位槽的位置分别开设有板位槽；框架载具位于陶瓷片盖板上面，上表面设有一凹陷构造的盖板凹槽用以容纳引线框架，盖板凹槽中间设多个与板位槽一一对应的的行位槽，盖板凹槽的周围设有定位销钉，框架载具底部分布有多个第二沉头孔，第二沉头孔内埋置磁石；框架盖板位于盖板凹槽内用以盖住引线框架，开设有多个与行位槽一一对应的的框架位槽，框架位槽周围设置有用于与框架载具的定位销顶进行配合的定位销孔。
Description
技术领域
本发明涉及先进封装模块的组装技术领域，尤其涉及一种IPM封装模块的固晶组装治具。
背景技术
IPM全称为智能功率模块(IntelligentPowerModule)，是一种先进的功率开关器件，内部集成了逻辑、控制、检测和保护等多种电路。其一般以IGBT为基本功率开关元件，构成单相或三相逆变器的专用功能模块。
芯片互连能够实现IGBT器件和其它元件间的电气连线，是沟通芯片内部通道与外部电路的桥梁。为了进行芯片互连，实现模块化封装的键合，需要将芯片安装固定在陶瓷片或外壳上，使其与引线框架电连接，通常采用的工艺设备是固晶机。
传统固晶机的工装治具较为单一，操作繁琐且效率低，工装治具夹持过于松弛，则组装过程容易出现陶瓷片和引线框架的松动；并且，当采用锡膏工艺和/或点胶工艺进行粘合装配时，松动会导致污染引线框架或陶瓷片，以致后续封装产品流通至测试阶段才发现电气功能下降；而工装治具夹持过于紧绷，则组装过程由于机械应力的作用，容易导致陶瓷片出现裂纹等缺陷，导致后续封装产品绝缘性能下降。
除了夹持力的问题，随着IPM智能功率封装模块的技术更迭，IPM性能上趋向于高集成、小体积、轻量化、高功率密度的方向发展，制造上趋于自动化贴片的方式，如何让工装治具能够适应自动化贴片的要求也成为一个棘手的问题。
自动化贴片的工装治具要求应动作迅速、操作方便，特别是治具操作位置应处在作业员最容易接近、最方便操作的位置，操作应力不能过大，动作尽可能少，且具备一定足够的组装和焊接空间，不能妨碍工件的装入和取出。这对工装治具的结构设计提出了很高的要求。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出了一种设计标准化、生产效率和利用率高、能够满足高精度、高密度、高产量方向发展的IPM封装模块的固晶组装治具。
为了解决上述的问题，本发明的优选方案是一种IPM封装模块的固晶组装治具，包括框架盖板、框架载具、陶瓷片盖板和陶瓷片载具组成；
所述陶瓷片载具用于放置陶瓷片，其上开设有容纳陶瓷片的多个片位槽；所述陶瓷片载具底部分布有多个第一沉头孔，所述第一沉头孔内埋置磁石，用于和所述陶瓷片盖板吸附固定；
所述陶瓷片盖板位于所述陶瓷片载具之上，在对应于每个所述片位槽的位置分别开设有板位槽；
所述框架载具位于所述陶瓷片盖板上面，上表面设有一凹陷构造的盖板凹槽用以容纳引线框架，所述盖板凹槽中间设多个与所述板位槽一一对应的的行位槽，所述盖板凹槽的周围设有定位销钉，所述框架载具底部分布有多个第二沉头孔，所述第二沉头孔内埋置磁石，用于吸附组装上方所述框架盖板和固定下方所述陶瓷片盖板；
所述框架盖板位于所述盖板凹槽内用以盖住引线框架，其上开设有多个分别与所述行位槽一一对应的的框架位槽，所述框架位槽周围设置有用于与所述框架载具的定位销顶进行配合的定位销孔。
优选地，所述片位槽、板位槽、行位槽、框架位槽自上而下以中轴线共线的方式排布且均为贯通的通孔。
优选地，所述框架位槽之间设置有过风通孔，所述过风通孔间成等距垂直分布排列。
优选地，所述框架载具两边各设置有一凹陷的半圆形手指位，所述手指位用于分离所述框架盖板和所述框架载具。
优选地，所述框架载具的底部设置有用于联接的防滑凸点。
优选地，所述陶瓷片载具有开设有防滑盲孔，与所述框架载具上的防滑凸点位置一一对应，用于联接所述陶瓷片载具和所述框架载具的装配组合。
优选地，所述陶瓷片盖板上的板位槽内壁上设有加强筋，所述加强筋向所述板位槽内部延伸以限制陶瓷片脱离。
优选地，所述框架载具和所述陶瓷片载具均为熔点高于660℃的合金材料制成。
优选地，所述框架盖板和所述陶瓷片盖板均为相对磁导率大于10的磁性材料制成。
优选地，所述陶瓷片载具的所述片位槽的四周环绕分布着多个通风散热的直方槽口。
与现有技术相比，本发明提供的一种IPM封装模块的固晶组装治具的有益效果和优点是：为陶瓷片和引线框架分别设计了陶瓷片载具配陶瓷片盖板、框架载具配框架盖板的结构，能够更好地固定陶瓷片和引线框架，而盖板和载具通过磁吸的方式结合能够更快地完成组装，减少繁琐的工序步骤，同时避免了固晶工艺上机械应力带来的各种缺陷，提高了产品的生产效率和质量可靠性。特别是治具操作位置应处在作业员最容易接近、最方便操作的位置，操作应力不能过大，动作尽可能少，且具备一定足够的组装和焊接空间，不能妨碍工件的装入和取出。
附图说明
图1为本发明一个实施例的IPM封装模块的固晶组装治具的整体结构示意图；
图2为图1所示的固晶组装治具的框架盖板示意图；
图3为图1所示的固晶组装治具的框架载具示意图；
图4为图3所述的固晶组装治具的框架载具的背面示意图；
图5为图1所示的陶瓷片盖板示意图；
图6为图1所示的固晶组装治具的陶瓷片载具示意图；
图7为图6所示的陶瓷片载具的背面示意图；
图8为图1所示的固晶组装治具的零件爆炸图；
图9为引线框架的结构示意图；
图10为陶瓷片的结构示意图。
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。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图8所示，本发明实施例提供了一种IPM封装模块的固晶组装治具，包括框架盖板1、框架载具2、陶瓷片盖板3和陶瓷片载具4组装成整套治具，从上往下依次放置，其位置和装配关系如图8所示。其中框架盖板1和框架载具2用于承载和夹持引线框架，引线框架的结构如图9所示；陶瓷片基板3和陶瓷片载具4用于承载和夹持装有芯片的陶瓷片，陶瓷片的结构如图10所示。下面将详细说明各个部件和功能。
如图1～图4所示，框架载具2为一矩形金属板材，可以是钣金块或者经铸造、锻压等成型的金属板，厚度为3～6mm，本实施例中为5mm；框架载具2上表面设置有一凹陷构造的盖板凹槽7，用来放置引线框架和框架盖板1。框架盖板1为一个薄的钣金片，厚度小于1mm，例如本实施例中为0.5mm。框架盖板1用于盖住引线框架避免其晃动。
如图2所示，盖板凹槽7中间设有多个行位槽9，框架盖板1上对应各个行位槽9的位置分别开设有相应多个框架位槽5，每组位置对应的行位槽9和框架位槽5在竖直方向的中轴线重合，每个位置下方都将对应于一个芯片陶瓷片。
盖板凹槽7的两侧边缘各设有定位销钉8共4个，框架位槽5的两侧设置有用于与该定位销顶8进行配合的定位销孔6共4个；通过定位销钉8与定位销孔6的一一配合，实现组装时的导向定位。
如图1和图2所示，在相邻框架位槽5之间还设置有过风通孔13，过风通孔13间成等距垂直分布排列。回流焊过程中，过风通孔13有助于温度加热的均匀，如果没有过风通孔13，热量传递到烧结区域是靠金属传递的，增加了过风通孔13后热量传递就可以通过通孔全面进行加热，可以提高整体结构的散热和温度均匀。
在框架载具2的下表面上，分布有多个孔位以内置磁性元件，例如在本实施例中，如图2所示，在该下表面设置了多个第二沉头孔18的孔位，孔内埋置磁石，通过磁石吸附组装上方框架盖板1和下方的陶瓷片盖板3。当然，用于内置磁性元件的孔位也可以是其他形状，例如半球形、圆柱形等，除了沉头孔也可以是通孔，只要能实现利用磁性元件来将框架载具2和陶瓷片盖板3吸附，甚至磁力够强的时候还可以吸附框架盖板1，即属于本发明的发明范围。本实施例中，孔位优选为沉头孔，其未从框架载具2底部联通至上表面，而是留有薄薄的厚度而未穿透，例如未穿透的厚度为0.3mm，或者只要在1mm以内均可。如此，磁性元件的磁力使得其吸附在框架载具2上的同时有足够的能力穿过薄层而吸附其上的引线框架和框架盖板1，而底部则直接与下面的陶瓷片盖板3接触而吸附紧固。
为了提高治具的可操作性，本发明中，如图1和图3所示，框架载具2两边各设置有一凹陷的半圆形手指位14各1个，手指位14用于分离框架盖板1和框架载具2的操作，便于引线框架的取出和装入。
如图1和图3所示，框架载具2的底部设置有凸起的、用于联接的防滑凸点，可以是圆柱形、半球形等。如图6所示，陶瓷片载具4有开设有防滑盲孔16，形状、数目、位置与框架载具2上的防滑凸点一一对应，用于联接陶瓷片载具4和框架载具2的装配组合。
如图5、图6、图7所示，陶瓷片载具4为一矩形金属板，与框架载具2类似，厚度相对较厚，例如也为5mm；陶瓷片盖板3为一钣金薄片，厚度为0.5mm。陶瓷片盖板3位于陶瓷片载具4之上。
陶瓷片载具4开设与行位槽9同样多个的片位槽11，陶瓷片盖板3开设有同样多个的板位槽10，并且它们的位置都一一对应，如此使得片位槽11、板位槽10、行位槽9、框架位槽5自上而下以中轴线共线的方式排布，且它们均为贯通的通孔，从而预留出了焊接和装配的空间。
在安装时，将陶瓷片放入陶瓷片载具4的各个片位槽11中，然后盖上陶瓷片盖板3，从而限定了陶瓷片的晃动。进一步地，如图5所示，陶瓷片盖板3上的板位槽10四周设有加强筋15环绕，加强筋15向板位槽10内深展以限制固晶陶瓷片脱离，使陶瓷片完全嵌入。
片位槽11的四周环绕分布着多个通风散热的直方槽口12，可以有效地实现散热。
与框架载具2类似地，陶瓷片载具4底部也设置有多个容纳磁性元件的孔位，例如为第一沉头孔17，和第二沉头孔18类似，第一沉头孔17内埋置磁石，用于吸附和固定陶瓷片盖板4、框架载具2和框架盖板1。
实际操作中，如图7所示，先将陶瓷片置于陶瓷片载具4的片位槽11中，盖上陶瓷片盖板3，构成陶瓷片组件；钢网刷锡膏后，将放置有引线框架的框架载具2用框架盖板1压制住固定，二者可以通过定位销钉8和定位销孔6的导引实现快速定位组装；组装好后的框架组件自上而下安装到陶瓷片组件上，并通过防滑凸点和防滑盲孔16的配合实现快速定位；同时，陶瓷片载具4、框架载具2底部的磁石通过磁力吸附，能加强固定，避免夹持力不够所导致的错位，但磁力吸附又不同于机械紧固件例如螺栓螺母、铆接等所带来的机械应力的问题，且相比起来组装操作更方便。为了实现实现较好的磁力吸附，框架盖板1和陶瓷片盖板3优选为磁性材料制成，例如相对磁导率大于10的磁性材料，铁。另外，框架载具2和陶瓷片载具4均为耐高温、优选熔点高于660摄氏度的钨钢合金材料制成，避免固晶过程由于材料不匹配出现热膨胀变形。
本发明实施例所提供的一种IPM封装模块的固晶组装治具的有益效果是:相比于现有技术,可通过扩展5个或5个以上框架位槽结构，更加轻薄和效率的实现自动化贴片，磁吸效果实现了工装治具装配动作快速和组合牢固，避免了陶瓷片基板和引线框架的松弛和脱落，同时也避免由于热效应出现陶瓷片基板过于紧绷出现开裂等可靠性不良，满足了市场对IPM封装模块的固晶治具多元性和高效化的需求，提升了自动贴片的生产效率和质量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所运用的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定；对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，包括框架盖板(1)、框架载具(2)、陶瓷片盖板(3)和陶瓷片载具(4)组成；
所述陶瓷片载具(4)用于放置陶瓷片，其上开设有容纳陶瓷片的多个片位槽(11)；所述陶瓷片载具(4)底部分布有多个第一沉头孔(17)，所述第一沉头孔(17)内埋置磁石，用于和所述陶瓷片盖板(4)吸附固定；
所述陶瓷片盖板(3)位于所述陶瓷片载具(4)之上，在对应于每个所述片位槽(11)的位置分别开设有板位槽(10)；
所述框架载具(2)位于所述陶瓷片盖板(3)上面，上表面设有一凹陷构造的盖板凹槽(7)用以容纳引线框架，所述盖板凹槽(7)中间设多个与所述板位槽(10)一一对应的的行位槽(9)，所述盖板凹槽(7)的周围设有定位销钉(8)，所述框架载具(2)底部分布有多个第二沉头孔(18)，所述第二沉头孔(18)内埋置磁石，用于吸附组装上方所述框架盖板(1)和固定下方所述陶瓷片盖板(3)；
所述框架盖板(1)位于所述盖板凹槽(7)内用以盖住引线框架，其上开设有多个分别与所述行位槽(9)一一对应的的框架位槽(5)，所述框架位槽(5)周围设置有用于与所述框架载具(2)的定位销顶(8)进行配合的定位销孔(6)。
2.根据权利要求1所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述片位槽(11)、板位槽(10)、行位槽(9)、框架位槽(5)自上而下以中轴线共线的方式排布且均为贯通的通孔。
3.根据权利要求1所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述框架位槽(5)之间设置有过风通孔(13)，所述过风通孔(13)间成等距垂直分布排列。
4.根据权利要求1所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述框架载具(2)两边各设置有一凹陷的半圆形手指位(14)，所述手指位(14)用于分离所述框架盖板(1)和所述框架载具(2)。
5.根据权利要求1所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述框架载具(2)的底部设置有用于联接的防滑凸点。
6.根据权利要求5所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述陶瓷片载具(4)有开设有防滑盲孔(16)，与所述框架载具(2)上的防滑凸点位置一一对应，用于联接所述陶瓷片载具(4)和所述框架载具(2)的装配组合。
7.根据权利要求1所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述陶瓷片盖板(3)上的板位槽(10)内壁上设有加强筋(15)，所述加强筋(15)向所述板位槽(10)内部延伸以限制陶瓷片脱离。
8.根据权利要求1所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述框架载具(2)和所述陶瓷片载具(4)均为熔点高于660℃的合金材料制成。
9.根据权利要求1所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述框架盖板(1)和所述陶瓷片盖板(3)均为相对磁导率大于10的磁性材料制成。
10.根据权利要求1所述的IPM封装模块的固晶组装治具，其特征在于，所述陶瓷片载具(4)的所述片位槽(11)的四周环绕分布着多个通风散热的直方槽口(12)。
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2023
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