CN116952745A - 一种大尺寸芯片烧焊质量检验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种大尺寸芯片烧焊质量检验装置，包括底座、安装板、夹具、折弯组件；所述安装板固定在底座上，夹具固定在安装板上，折弯组件铰接在夹具上，所述夹具包括装夹块,装夹块内加工有装夹槽,装夹槽内安装有推板,推板与螺纹推杆垂直连接，螺纹推杆通过螺纹装配在装夹块上，所述折弯组件包括连杆,连杆的一端通过转轴铰接在装夹块上，转轴上安装有第二滚筒,连杆上相邻于第二滚筒处安装有第一滚筒。本发明通过两个滚筒对芯片进行完全，使芯片在完全过程中均匀受力，所以能够对大于10mm2的芯片进行测试；通过推板可以调节芯片的高度，可以调节覆铜板的弯曲度和弯曲起始点，使装置能够适应多种规格的芯片。
Description
技术领域
本发明涉及一种大尺寸芯片烧焊质量检验装置。
背景技术
芯片与陶瓷覆铜板(DBC)烧焊是功率半导体模块封装中最重要的工艺步骤之一，其焊接质量也是影响模块可靠性和使用寿命的最重要的因素之一，而表征焊接质量的一个重要外在表现是芯片与DBC烧焊结合情况，为了保证烧焊工艺质量，在新类型的芯片烧焊工艺设计过程中，要对烧焊后的试验品进行质量检测。
目前业内对芯片与DBC烧焊结合质量的检验方法普遍是通过推拉力测试仪测试芯片与DBC之间的芯片剪切力来判定,但是采用测试芯片剪切力的方法去判断芯片烧焊结合质量往往只适用于小于10mm2尺寸芯片，并且大尺寸芯片在剪切力检测实施过程中，受到芯片本身强度影响会出现芯片部分碎裂而其他部分粘接牢固，并不能真实的体现其各部位的结合强度。对于新一代功率半导体模块(例如IGBT模块，MOSFET模块)，其芯片尺寸往往大于10mm2，对于这种大面积尺寸芯片焊接结合情况的检验方法目前业内仍有欠缺。
如图11和图12所示，是现有的芯片剪切强度测试方法，实验装置为一台能施加应力的设备，即一台线性运动加有力仪或带有杠杆臂的圆形测力计仪器(见图11)，仪器的接触工具可以把力均匀的施加到芯片的一条棱边，且与管座或基板的芯片安装平面垂直(见图12)，接触工具上应采用柔软的材料确保均匀的对芯片施加应力，且在加力期间接触工具与芯片相对位置不得垂直移动。国标规定当芯片面积尺寸小于4.1mm2，使芯片脱离的力小于6.1N/mm2判定为剪切强度不合格、当芯片面积尺寸大于等于4.1mm2且小于等于10mm2，使芯片脱离的力小于25N判定为剪切强度不合格，而对于芯片面积尺寸大于10mm2，不适用于测试芯片剪切力的方式去判断芯片烧焊结合质量。
如公开号为CN207798566U公开了一种快速检测焊接强度的装置，通过气缸推板推动芯片，通过测力尖锥破坏基板，在基板被破坏时通过测量计的读数判断连接柱的焊接质量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种大尺寸芯片烧焊质量检验装置。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种大尺寸芯片烧焊质量检验装置，包括底座、安装板、夹具、折弯组件；所述安装板固定在底座上，夹具固定在安装板上，折弯组件铰接在夹具上，所述夹具包括装夹块,装夹块内加工有装夹槽,装夹槽内安装有推板,推板与螺纹推杆垂直连接，螺纹推杆通过螺纹装配在装夹块上，所述折弯组件包括连杆,连杆的一端通过转轴铰接在装夹块上，转轴上安装有第二滚筒,连杆上相邻于第二滚筒处安装有第一滚筒。
所述底座和安装板之间还设有增高台。
所述夹具还包括连接座,连接座固定在装夹槽与螺纹推杆相对的一端。
所述连接座顶端与螺纹推杆相对的一端加工斜切面。
所述螺纹推杆伸出装夹块外的一端活动设在支撑板内。
所述支撑板嵌入限位卡槽内，限位卡槽加工在安装板的一端。
所述安装板的另一端断面上还加工有导向槽,导向槽的宽度与装夹槽相同。
所述连杆在转轴的两端各安装一个，所述第一滚筒铰接在两个连杆之间且与第二滚筒平行。
所述装夹块在连杆的正投影任意一处还安装有支撑柱。
所述装夹槽为方形槽。
本发明的有益效果在于：通过两个滚筒对芯片进行完全，使芯片在完全过程中均匀受力，所以能够对大于10mm2的芯片进行测试；通过推板可以调节芯片的高度，可以调节覆铜板的弯曲度和弯曲起始点，使装置能够适应多种规格的芯片。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的底座结构示意图；
图3是本发明的增高台结构示意图；
图4是本发明的安装板结构示意图；
图5是本发明的夹具结构示意图；
图6是本发明的折弯组件结构示意图；
图7是实施例中待测试芯片的外观图；
图8是测试芯片被折弯后的外观图；
图9是测试芯片被折弯后铜板未出现分离的样图；
图10是测试芯片被折弯后铜板出现轻微分离的样图；
图11是现有的芯片剪切力测试正视图；
图12是现有的芯片剪切力测试侧视图；
图中：1-底座，11-底部螺纹孔，2-增高台，21-连接圆孔，3-安装板，31-沉头孔，32-限位卡槽，33-导向槽，34-安装孔，4-夹具，41-螺纹推杆，42-支撑板，43-装夹块，44-装夹槽，45-固定螺纹孔，46-推板，47-连接座，48-斜切面，49-支撑柱，5-折弯组件，51-手柄，52-连杆，53-第一滚筒，54-第二滚筒。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图2所示，一种大尺寸芯片烧焊质量检验装置，底座1是一块边缘倒圆角的长方体金属板，其上加工有4个呈阵列分布的底部螺纹孔11，如图3所示，增高台2也是一块边缘倒圆角的长方体金属板，其上加工有4个与底部螺纹孔11位置相对的连接圆孔21，如图4所示，安装板3是一块近似长方体结构的近似板，对应于连接圆孔21处加工有沉头孔，通过螺栓依次穿过沉头孔31、连接圆孔21后与底部螺纹孔11配合将安装板3和增高台2固定在底座1上。
如图5所示，夹具4由通过装夹块43为核心固定在安装板上，安装板3的一端加工有安装孔34用来固定装夹块43，装夹块43一端加工装夹槽44，装夹槽44的侧壁和推板46结合将芯片压紧在装夹槽内，而推板46的压紧力来源与螺纹推杆41，螺纹推杆41与装夹块43上的螺纹孔配合，通过旋转螺纹推杆41将芯片压紧。
如图6所示，折弯组件5为一个框型结构，框的一端通过手柄51连接，另一端相邻固定第一滚筒53和第二滚筒54，将第二滚筒54的转轴铰接在连接座47上，使折弯组件5在转动过程中以第二滚筒54为中心，第一滚筒53在对芯片折弯过程中起到滚压作用，两个滚筒均可以转动，所以在对芯片进行折弯时可以避免滚筒对芯片表面造成摩擦，避免铜板在摩擦力过程中和基板形成相对滑动。
如图1所示，增高台2设在底座1和安装板3之间，提高安装板3的高度使手柄和底座距离足够，方便操作。
夹具4还包括连接座47,连接座47固定在装夹槽44与螺纹推杆41相对的一端。连接座47顶端与螺纹推杆41相对的一端加工斜切面48。斜切面48能够避开了第一滚筒53转动路径。
为了避免操作人员在转动螺纹推杆41过程中，对螺纹推杆施加垂向的力，导致螺纹推杆41和装夹块43之间的螺纹配合被破坏，所以在螺纹推杆41伸出装夹块43外的一端活动设在支撑板42内，通过支撑板42来抵消操作人员施加的垂直向压力。
并且将支撑板42嵌入限位卡槽32内，通过安装板3限制支撑板42在转动螺纹推杆的过程中旋转。
装夹块43在连杆52的正投影任意一处还安装有支撑柱49对折弯装置进行支撑，使装配芯片过程中，其始终处于与底座平行的状态，方便芯片安装。
实施例，折弯组件中手柄51和第二滚筒54均为半径R＝12.5mm，长度L＝200mm的圆柱，其两端进行了同心圆削减处理并做螺纹处理，削减的尺寸为两端各20mm，削减后半径为8.5mm，第一滚筒53为半径R＝12.5mm，长度L＝180mm，两端做10mm的同心圆削减，横梁15尺寸为288mm*22mm*6mm的两块金属长方体，其两端做半径R＝12mm的倒圆角处理，六边形螺母边长为16mm、高10mm，内圆半径为8.5mm。
螺纹推杆41为长度L＝260mm，半径R＝8.25的圆柱形金属，其一端有把手，把手为半径为R＝16mm，长度L＝25mm的圆柱体，另一端有长度为100mm的螺纹结构，支撑板6为尺寸为17mm*45mm*150mm的金属矩形，其顶端做倒角处理，装夹块43为近似长方体金属结构，其尺寸结构为50mm*80mm*133mm，其表面根据结构要求挖2个固定螺纹孔45，挖孔半径为8mm，其中心位置根据要求挖圆孔，圆孔半径为16mm，圆孔上都做螺纹处理。下方进行挖孔处理，挖孔半径为4.5mm，放置半径固定为4mm，长度可根据实际情况做选择的小圆柱金属棒作为支撑柱49。其左方根据要求进行部分切除并进行边缘倒圆角光滑处理，切除尺寸为40mm*50mm*80mm。抵板零件11结构尺寸为80mm*65mm*5mm，其四条棱做倒圆角处理，其上半部分做一个多边体切除。连接座47是两个结构尺寸为15mm*20mm*80mm的金属长方体结构，其上端做多边体切除。
安装板3为一块20mm*160mm*200mm长方体金属块，其上根据结构要求挖4个呈阵列分布的沉头孔31，沉头孔31半径为10mm，长度为20mm，相邻圆孔间圆心距离为55mm，在加工两个安装孔34，安装孔34半径为8mm，两圆孔圆心在一条直线上且相距51.5mm，底板配件左右两端根据结构要求进行切除，切除尺寸为15mm*50mm*20mm，边缘进行倒圆角光滑处置，底板配件前后两端根据结构要求进行切除处理，切除尺寸为20mm*35mm*20mm，切除处进行倒圆角处置。
增高台2为一块80mm*80mm*50mm长方体结构金属，其边缘进行倒圆角光滑处理，底座上加工4个连接孔，圆孔半径R＝10mm，高度L＝50mm，俩相近圆孔圆心间距55mm，边缘圆孔圆心距两边界均为12.5mm。
底座1为一块260mm*100mm*400mm的长方体结构金属，其边缘进行倒圆角光滑处理，其上根据结构要求挖4个呈阵列分布的底部螺纹孔11，圆孔半径R＝10mm，高度L＝50mm，俩相近圆孔圆心间距55mm，边缘圆孔圆心距长方体长边112.5mm，边缘圆孔圆心距长方体短边120mm。
根据图1的方式将部件装配，将图7中的烧焊后的大面积尺寸芯片的陶瓷覆铜板插入装置夹具第一滚筒53和第二滚筒54之间，确定芯片的高度后，旋转螺纹推杆41，推进推板46，使推板抵住陶瓷覆铜板下端，以达到固定陶瓷覆铜板的作用，之后转动手柄51，使第二滚筒绕其铰接点转动；如图8所示，在转动过程中，第一滚筒53会迫使陶瓷覆铜板弯曲，弯曲度由第二滚筒54的直径和转动弧度决定。之后查看弯曲过后芯片与陶瓷覆铜板分离程度来判断芯片烧焊结合质量。
如图9和图10是通过本发明装置进行芯片烧焊质量检验之后得到的陶瓷覆铜板图像，当X射线照相无法显示焊接空洞时适用该方法，从图9和图10中可以看出，经过装置进行检验，芯片分段断裂，每一小段断裂部分在滚轮弯折的过程中都收到一个由内向外的合力，合力大小与芯片材料强度相关，经计算，一般硅基芯片每平方毫米将承受不小于35N的方向由内向外的合力，以此作为参考标准，图9中芯片与陶瓷覆铜板没有分离，认为芯片焊接质量良好，图10中芯片与陶瓷覆铜板轻度分离，可以认为芯片焊接质量略差，结合不足。
Claims (10)
1.一种大尺寸芯片烧焊质量检验装置，包括底座(1)、安装板(3)、夹具(4)、折弯组件(5)，其特征在于：所述安装板(3)固定在底座(1)上，夹具(4)固定在安装板(3)上，折弯组件(5)铰接在夹具(4)上，所述夹具(4)包括装夹块(43),装夹块(43)内加工有装夹槽(44),装夹槽(44)内安装有推板(46),推板(46)与螺纹推杆(41)垂直连接，螺纹推杆(41)通过螺纹装配在装夹块(43)上，所述折弯组件(5)包括连杆(52),连杆(52)的一端通过转轴铰接在装夹块(43)上，转轴上安装有第二滚筒(54),连杆(52)上相邻于第二滚筒(54)处安装有第一滚筒(53)。
2.如权利要求1所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述底座(1)和安装板(3)之间还设有增高台(2)。
3.如权利要求1所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述夹具(4)还包括连接座(47),连接座(47)固定在装夹槽(44)与螺纹推杆(41)相对的一端。
4.如权利要求3所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述连接座(47)顶端与螺纹推杆(41)相对的一端加工斜切面(48)。
5.如权利要求4所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述螺纹推杆(41)伸出装夹块(43)外的一端活动设在支撑板(42)内。
6.如权利要求5所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述支撑板(42)嵌入限位卡槽(32)内，限位卡槽(32)加工在安装板(3)的一端。
7.如权利要求6所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述安装板(3)的另一端断面上还加工有导向槽(33),导向槽(33)的宽度与装夹槽(44)相同。
8.如权利要求1所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述连杆(52)在转轴的两端各安装一个，所述第一滚筒(53)铰接在两个连杆(52)之间且与第二滚筒(54)平行。
9.如权利要求1所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述装夹块(43)在连杆(52)的正投影任意一处还安装有支撑柱(49)。
10.如权利要求1所述的大尺寸芯片烧焊质量检验装置，其特征在于：所述装夹槽(44)为方形槽。
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