CN116741672B - 一种真空固化机构的真空部 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种真空固化机构的真空部，包括有供放置封装框架的底板和盖合于所述底板上方的顶盖，所述底板中设置有转运所述封装框架的移转机构，所述底板上设置有真空部，所述真空部包括设置于所述底板上的真空底仓和加热底板，所述真空底仓为顶部开口的中空结构，所述加热底板设置于所述真空底仓内部，所述加热底板和所述真空底仓之间具有间隙，所述真空底仓中穿设有支撑固定所述加热底板的支撑管，通过采用了加热底板和真空仓隔开分离式设计，并改由底部进气排气，降低了加热底板作为热源对其他部件的热影响，同时也对氮气进气过程和方式予以了改良，延长了机构中各部件的使用寿命和可靠性，提升了封装质量。
Description
本申请为申请号2023106452656、申请日2023年6月2日、发明名称“半导体分立器件封装的真空固化机构”的分案申请。
技术领域
本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种真空固化机构的真空部。
背景技术
在半导体分立器件封装过程中，在完成晶圆芯片与封装框架的取晶、固晶（DieBond）后通常会采用固化方式来完成芯片与金属框架的实质连接。现有技术中通常会采用真空焊接的方式来控制固化过程中空洞率的产生以便保证固化之后的器件性能。
现有的真空固化中采用的结构多是倒扣型真空仓直接罩扣在加热台面的结构形式，并在真空仓顶部直接通过氮气等保护气体以及接入抽真空管制造真空。这种形式通常采用上部真空仓设置密封圈，并通过水冷的方式来改善密封圈作业环境，防止过热损坏密封圈。但是这种结构中，加热台面的热传递影响直接传导到与之直接接触的真空仓上，造成了真空仓温度上升速度较快，虽然有水冷降低也无法保障密封圈的工作环境，造成了密封圈寿命较短，影响真空仓密封性能的故障，并且，强制水冷的真空仓直接的热传递也影响了封装框架的作业温度，导致了封装质量的降低。
同时，在现有的固化机构中采用的是等步距封装形式，封装设备需要根据最大步距设计要求进行设计，一方面单次移动大步距耗费了过多移转时间、降低了封装效率，另一方面也造成设备尺寸过大，无法满足现行封装现场紧凑型设计的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，本发明提供了一种真空固化机构的真空部来解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种真空固化机构的真空部，包括有供放置封装框架的底板和盖合于所述底板上方的顶盖，所述底板中设置有转运所述封装框架的移转机构，所述底板上设置有真空部，所述真空部包括设置于所述底板上的真空底仓和加热底板，所述真空底仓为顶部开口的中空结构，所述加热底板设置于所述真空底仓内部，所述加热底板和所述真空底仓之间具有间隙，所述真空底仓中穿设有支撑固定所述加热底板的支撑管。
所述加热底板上，沿所述移转机构的转运方向横向设置有移转槽，所述真空底仓的顶面高度低于所述移转槽的槽底高度，所述移转机构伸入所述移转槽中；所述真空底仓的顶面设有环形的密封槽，所述顶盖上设置有真空顶仓和驱动所述真空顶仓上下运动的启闭机构，所述真空顶仓为底部开口的中空结构，所述真空顶仓的底壁压合于所述真空底仓的顶壁，所述密封槽中设有密封圈；所述真空底仓的底部连通有抽真空管和氮气管。
进一步地：所述启闭机构包括固定于所述顶盖上的安装座，所述安装座上竖直设置有若干个导套，所述导套中竖直穿设有导柱，所述导柱的末端与所述真空顶仓的顶部固定；所述安装座上竖直设置有启闭气缸，所述启闭气缸的活塞杆末端与所述真空顶仓的顶部固定。
进一步地：在所述顶盖上，位于所述真空部左右两侧分别设置有氮气供气模块；在所述顶盖上设置有隔套，所述真空顶仓间隙配合设置于隔套中且在所述启闭机构驱动下沿隔套上下运动。
进一步地：所述真空固化机构包括与所述底板固定连接的固定座，所述移转机构包括横向驱动机构，所述横向驱动机构设置有横移座，所述横移座横向滑动安装于所述固定座上；竖向驱动机构，安装于所述横移座上，所述竖向驱动机构设置有竖向移动的竖移座；移转支架，与所述竖移座固定连接，所述移转支架上部左右两侧分别设置有承托所述封装框架的托举杆；二次横移机构，位于上部左侧，设置有横向滑动安装的二次横移架；左侧所述托举杆安装在所述二次横移架上。
进一步地：所述横向驱动机构包括横向设置在所述固定座上的横向丝杠、安装于横向丝杠的横向滑块、驱动所述横向丝杠转动进而带动所述横向滑块移动的横向驱动电机，所述横移座固定安装在所述横向滑块上。
所述竖向驱动机构包括竖向设置在所述横移座上的竖向丝杠、安装于所述竖向丝杠的竖向滑块、驱动所述竖向丝杠转动进而带动所述竖向滑块移动的竖向电机，所述竖移座固定安装在所述竖向滑块上。
所述二次横移机构包括横向设置在所述移转支架上的第二横向丝杠、安装于第二横向丝杠的第二横向滑块、驱动所述第二横向丝杠转动进而带动所述第二横向滑块移动的第二横向驱动电机，所述二次横移架固定安装在所述第二横向滑块上。
进一步地：所述真空底仓内设置有环形冷却管路，所述环形冷却管路外接冷却水管；所述支撑管中穿设有用于所述真空底仓与外界电性连接的电缆。
本发明的有益效果是，本发明一种真空固化机构的真空部采用了加热底板和真空仓隔开分离式设计，并改由底部进气排气，降低了加热底板作为热源对其他部件的热影响，同时也对氮气进气过程和方式予以了改良，延长了机构中各部件的使用寿命和可靠性，提升了封装质量。
同时，作为进一步的改进，本申请方案中设计了异步距封装的技术方案，可针对封装过程中对于不同工段设计不同步距，整体优化了机构长度规格，同时提升了封装过程中移转速度，进一步提升了设备的封装效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构总成外形示意图；
图2是真空部盖合关闭状态局部示意图；
图3是加热底板安装在真空底仓中的安装状态示意图；
图4是真空顶仓和启闭机构安装于顶盖的主视图；
图5是图4中略去顶盖部件后真空顶仓和启闭机构安装的主视图；
图6是图5状态下仰视角的示意图；
图7是真空底仓和加热底板安装于底板上的局部俯视示意图；
图8是转移机构主视角示意图；
图9是转移机构侧视角示意图；
图10是转移机构俯视角示意图；
图11是二次横移机构结构示意图。
图中1、封装框架，2、底板，3、顶盖，4、移转机构，5、真空部，6、固定座，401、横移座，402、横向丝杠，403、横向驱动电机，404、横向滑块，405、竖向丝杠，406、竖向滑块，407、竖向电机，408、竖移座，409、移转支架，410、二次横移机构，4101、二次横移架，4102、第二横向丝杠，4103、第二横向滑块，4104、第二横向驱动电机，411、托举杆，501、真空底仓，502、加热底板，503、支撑管，504、移转槽，505、启闭机构，506、真空顶仓，507、密封槽，508、密封圈，509、氮气管，510、抽真空管，511、氮气供气模块，512、隔套，5051、安装座，5052、导套，5053、导柱，5054、启闭气缸。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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”等仅用于描述目的，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“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。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。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
如图1-11所示，本发明提供了一种真空固化机构的真空部，具体可参见图1至图3，包括有供放置封装框架1的底板2和盖合于所述底板2上方的顶盖3，所述底板2中设置有转运所述封装框架1的移转机构4，所述底板2上设置有真空部5，所述真空部5包括设置于所述底板2上的真空底仓501和加热底板502，所述真空底仓501为顶部开口的中空结构，所述加热底板502设置于所述真空底仓501内部，所述加热底板502和所述真空底仓501之间具有间隙，所述真空底仓501中穿设有支撑固定所述加热底板502的支撑管503。
结合图7所示，所述加热底板502上，沿所述移转机构4的转运方向横向设置有移转槽504，所述真空底仓501的顶面高度低于所述移转槽504的槽底高度，所述移转机构4伸入所述移转槽504中；所述真空底仓501的顶面设有环形的密封槽507，所述顶盖3上设置有真空顶仓506和驱动所述真空顶仓506上下运动的启闭机构505，所述真空顶仓506为底部开口的中空结构，所述真空顶仓506的底壁压合于所述真空底仓501的顶壁，所述密封槽507中设有密封圈508；所述真空底仓501的底部连通有抽真空管510和氮气管509。
现有的真空固化中采用的结构多是倒扣型真空仓直接罩扣在加热台面的结构形式，并在真空仓顶部直接通过氮气等保护气体以及接入抽真空管510制造真空。这种形式通常采用上部真空仓设置密封圈508，并通过水冷的方式来改善密封圈508作业环境，防止过热损坏密封圈508。但是这种结构中，加热台面的热传递影响直接传导到与之直接接触的真空仓上，造成了真空仓温度上升速度较快，虽然有水冷降低也无法保障密封圈508的工作环境，造成了密封圈508寿命较短，影响真空仓密封性能的故障，并且，强制水冷的真空仓直接的热传递也影响了封装框架1的作业温度，导致了封装质量的降低。
本申请中，取缔了现有技术中直接在加热台面上罩扣真空仓的结构，将真空部5的加热底板502单独设置，与真空底仓501独立间隔设置，避免了直接接触热传递的热影响，同时采用真空底仓501和真空顶仓506合扣的机构在保证密封性能的同时，减小了加热底板502直接热影响，明显改善了密封圈508的作业环境，保障了密封性能和实用寿命。
具体的工作过程为，在真空固化开始时，启闭机构505将真空顶仓506抬离真空底仓501，伸入在移转槽504中的移转机构4将封装框架1由上工序移转到加热底板502中，由于所述真空底仓501的顶面高度低于所述移转槽504的槽底高度因此在移转过程中并不会产生干涉，待移转完成，启闭机构505将真空顶仓506压紧密封在真空底仓501上，由此真空仓中密闭空间建立完成，抽真空管510抽真空，真空部5中负压。当完成固化，氮气管509导入氮气，破除真空部5的真空环境，启闭机构505抬起真空顶仓506，移转机构4转移已经真空固化的封装框架1，再进入下个作业循环。
因为加热底板502之间是通过支撑管503悬空设置在真空底仓501中，在真空底仓501和加热底板502之间具有足够的间隙，因此加热底板502对真空底仓501造成的热影响大大降低，同时本申请在真空仓的底部设置真空管和氮气管509也正是克服了现有技术的设计惯性。
在现有技术中，抽真空管510和氮气管509会习惯安装在了真空部5顶部，一方面是为了安装和走管路的方面，另一方面，加热底板502、作业底板2等通常是完整的结构，无法从底部进气排气。本申请中因为真空部5独立，采用了底部排气进气的方式，大大解决了在破真空时低温氮气突然进入对封装框架1反应界面造成的影响，避免了低温氮气吹入导致的封装不良等缺陷，由于进气由底部进入，氮气要沿着加热底板502和真空底仓501间隙上升，这个过程中提升了氮气气温，且避免了氮气直吹封装框架1，保证了封装框架1各元件微纳连接的作业效果，同时氮气的导入也可以对真空仓起到一定降温作用，进一步提升了密封圈508寿命。
同时，由于挥发物重于常规空气，抽真空管510设置在底部，也有利于导出真空部5中的残留挥发物，改善真空部5作业环境。
具体可见图4至图6，所述启闭机构505包括固定于所述顶盖3上的安装座5051，所述安装座5051上竖直设置有若干个导套5052，所述导套5052中竖直穿设有导柱5053，所述导柱5053的末端与所述真空顶仓506的顶部固定；所述安装座5051上竖直设置有启闭气缸5054，所述启闭气缸5054的活塞杆末端与所述真空顶仓506的顶部固定。
在所述顶盖3上，位于所述真空部5左右两侧分别设置有氮气供气模块511；在所述顶盖3上设置有隔套512，所述真空顶仓506间隙配合设置于隔套512中且在所述启闭机构505驱动下沿隔套512上下运动。
当真空顶仓506上下移动，特别是真空顶仓506向上运动开启时，真空顶仓506和隔套512的间隙配合可以保障真空部5内较少的氮气溢出，即使在真空顶仓506开启封装框架1进行移转的过程中，加热底板502、封装框架1等仍然处于氮气的保护气氛中，避免了封装框架1的短时间被氧化，提升了封装质量。
所述真空固化机构包括与所述底板2固定连接的固定座6，所述移转机构4包括横向驱动机构，所述横向驱动机构设置有横移座401，所述横移座401横向滑动安装于所述固定座6上；竖向驱动机构，安装于所述横移座401上，所述竖向驱动机构设置有竖向移动的竖移座408；移转支架409，与所述竖移座408固定连接，所述移转支架409上部左右两侧分别设置有承托所述封装框架1的托举杆411；二次横移机构410，位于上部左侧，设置有横向滑动安装的二次横移架4101；左侧所述托举杆411安装在所述二次横移架4101上。
该改进主要针对的是解决现有技术中真空固化机构在固化过程中不同步距的需求，在现有技术中多用的是等布局固化，即各个工序之间的距离是相同一致的，每隔一段时间，移转机构4会将固化机构中的封装框架1向前[即本方案的向右]移转一个步距，使得封装框架1进入到后一道的固化工位，直至完成封装固化工作。
然而，实际过程中，因为实际固化工程中由于工序之间的区别，对于固化机构所需要占据的机构空间大小的需求是不同的，详细来说，在前道部分[即该机构的左侧部分]，封装框架1刚进入固化机构中，此时锡膏中助剂含量较多，此时整个固化过程挥发剧烈，随着逐步右移固化过程趋于平缓，因而左侧工位需要相比于右侧更大的工位空间。
所以，若是如现有技术的等步距结构，整个真空固化机构的长度尺寸会为了适应左侧步距要求扩大最终导致整个设备尺寸扩大，无法满足紧凑要求且移转距离较长，封装节奏降低，因此该改进设计了异步距封装形式。
主要的为，横向驱动机构和竖向驱动机构为移转机构4提供常规的抬升-移转-下降-回位的移转循环，这在现有技术中已经有类似结构，不再赘述。但是该结构适应的还是等步距封装形式，设计了二次横移机构实现了异步距封装效果，具体的为在常规的移转过程中，既有横向驱动机构的移转，同时，二次横移机构也做出移转动作，这样封装框架1一方面实现了横向的快速转移，同时，二次横移机构移转的封装框架1横移距离长度为横向驱动机构+二次横移机构的横向作业距离，而右侧的托举杆411上的封装框架1此时只有横向驱动机构的横向作业距离，而该步完成操作后在回位阶段二次横移机构也同横向驱动机构一并回位。由此实现了不同步距的功能，此时可以针对左侧二次横移机构作业的部分采用大步距大空间结构，右侧部分正常步距尺寸，由此一方面二次横移机构和横向驱动机构同步移动，提升了大步距下封装效率，同时整体真空固化机构长度尺寸可以减少，减少了空间占据并节省了成本。
参见图8至图10，所述横向驱动机构包括横向设置在所述固定座6上的横向丝杠402、安装于横向丝杠402的横向滑块404、驱动所述横向丝杠402转动进而带动所述横向滑块404移动的横向驱动电机403，所述横移座401固定安装在所述横向滑块404上。
所述竖向驱动机构包括竖向设置在所述横移座401上的竖向丝杠405、安装于所述竖向丝杠405的竖向滑块406、驱动所述竖向丝杠405转动进而带动所述竖向滑块406移动的竖向电机407，所述竖移座408固定安装在所述竖向滑块406上。
参见图11，所述二次横移机构410包括横向设置在所述移转支架409上的第二横向丝杠4102、安装于第二横向丝杠4102的第二横向滑块4103、驱动所述第二横向丝杠4102转动进而带动所述第二横向滑块4103移动的第二横向驱动电机4104，所述二次横移架4101固定安装在所述第二横向滑块4103上。
上述为具体的驱动机构形式，采用伺服电机、丝杠的驱动控制方式控制方便，其动作精度较高，在长时间固化封装循环中可以保证运行一致性，提升了设备运行的可靠性。
所述真空底仓501内设置有环形冷却管路，所述环形冷却管路外接冷却水管；所述支撑管503中穿设有用于所述真空底仓501与外界电性连接的电缆。真空底仓501内的冷却管路可以避免真空仓过热，改善了密封圈508的作业环境，在支撑管503中走线也避免了电缆与过热零部件接触导致破损等情况发生，同时也保证了真空部5的密闭性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (1)
1.一种真空固化机构的真空部，其特征在于：
所述真空部（5）包括设置于底板（2）上的真空底仓（501）和加热底板（502），所述真空底仓（501）为顶部开口的中空结构，所述加热底板（502）设置于所述真空底仓（501）内部，所述加热底板（502）和所述真空底仓（501）之间具有间隙，所述真空底仓（501）中穿设有支撑固定所述加热底板（502）的支撑管（503）；
所述真空底仓（501）的顶面设有环形的密封槽（507），顶盖（3）上设置有真空顶仓（506）和驱动所述真空顶仓（506）上下运动的启闭机构（505），所述真空顶仓（506）为底部开口的中空结构，所述真空顶仓（506）的底壁压合于所述真空底仓（501）的顶壁，所述密封槽（507）中设有密封圈（508）；
所述真空底仓（501）的底部连通有抽真空管（510）和氮气管（509）；
所述启闭机构（505）包括固定于所述顶盖（3）上的安装座（5051），所述安装座（5051）上竖直设置有若干个导套（5052），所述导套（5052）中竖直穿设有导柱（5053），所述导柱（5053）的末端与所述真空顶仓（506）的顶部固定；所述安装座（5051）上竖直设置有启闭气缸（5054），所述启闭气缸（5054）的活塞杆末端与所述真空顶仓（506）的顶部固定；
所述真空底仓（501）内设置有环形冷却管路，所述环形冷却管路外接冷却水管；所述支撑管（503）中穿设有用于所述真空底仓（501）与外界电性连接的电缆。
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