CN117182226A - 一种无封装载片电路焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无封装载片电路焊接方法，用于将无封装载片电路焊接到盒体上，包括：根据无封装载片电路的外形尺寸，在盒体的焊接位置进行激光刻线以定位焊接区域；使用镊子夹持无封装载片电路，放置于已经涂覆焊料的镀金铝板上，使无封装载片电路的底部均匀涂覆一层焊料；将完成激光刻线的盒体放置于加热台上，在盒体的焊接区域涂覆一层焊料；将无封装载片电路置于盒体的焊接区域中，形成盒体组装件；将盒体组装件置于焊接工装中，使用焊接工装对盒体组装件进行定位，并通过施加压力使无封装载片电路与盒体之间紧密贴合；将装有盒体组装件的焊接工装置于真空焊接炉腔体内进行焊接。本发明能够实现无封装载片电路无助焊剂低空洞的焊接。
Description
技术领域
本发明属于微组装工艺技术领域，尤其涉及一种无封装载片电路焊接方法。
背景技术
无封装载片电路进行MMIC(单片微波集成电路)芯片组装时，为满足裸芯片的良好接地、安装高度匹配及热匹配等工艺性能要求，通常先在钼铜镀金载片上粘接或共晶焊接芯片，然后再将无封装载片电路采用环氧粘接或者焊接工艺装配到壳体内。无封装载片电路采用环氧粘接工艺时，受限于环氧导电粘接胶本身的材料特性，在产品长期存放及使用过程中，会出现机械强度下降、电气性能退化等问题，从而导致产品失效。无封装载片电路采用焊接工艺时，由于无封装载片电路内部涵盖多种裸芯片类集成电路，芯片间隔小，布局紧凑，焊接时需要保障无封装载片电路内部无故障和损伤，增加了焊接工装的设计与制作难题；芯片间电气互联金丝密集度高，大多集成了微波功率芯片，其表面存在空气桥，无封装载片电路焊接过程无法使用助焊剂，焊接空洞率偏高，散热性能不好，是T/R组件面临的共性工艺技术难题，因此，有必要开展无封装载片电路焊接工艺研究，提高无封装载片电路的焊接可靠性，使无封装载片电路满足更高频率、更高密度、更多功能需求的微波模块小型化装配应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种无封装载片电路焊接方法，能够实现无封装载片电路无助焊剂低空洞的焊接。
本发明的一个方面提供一种无封装载片电路焊接方法，用于将无封装载片电路焊接到盒体上，包括：
步骤S1：根据无封装载片电路的外形尺寸，在盒体的焊接位置进行激光刻线以定位焊接区域；
步骤S2：将镀金铝板放置于加热台上，在镀金铝板表面涂覆一层焊料；
步骤S3：使用镊子夹持无封装载片电路，放置于步骤S2中已经涂覆焊料的镀金铝板上，左右摩擦无封装载片电路，直至无封装载片电路的底部均匀涂覆一层焊料；
步骤S4：将步骤S1中完成激光刻线的盒体放置于加热台上，在盒体的焊接区域涂覆一层焊料；
步骤S5：用镊子夹持步骤S3中已涂敷焊料的无封装载片电路，置于步骤S4中已涂敷焊料的盒体的焊接区域中，形成盒体组装件；
步骤S6：将步骤S5中形成的盒体组装件置于焊接工装中，使用焊接工装对盒体组装件进行定位，并通过施加压力使无封装载片电路与盒体之间紧密贴合；
步骤S7：将步骤S6中装有盒体组装件的焊接工装置于真空焊接炉腔体内进行焊接。
优选地，步骤S6中使用的焊接工装包括底座、连接座、定位销、卡扣、第一盖板、第二盖板、支撑座、压针，
所述底座上开设有用于安装待焊接的盒体组装件的限位槽，所述限位槽的形状与盒体的形状一致；
所述连接座固定于所述底座上，用于与所述卡扣卡接；
所述底座与所述第一盖板、所述第二盖板上均开设有相对应的定位孔，所述定位销置于所述定位孔内；
所述卡扣装配于所述支撑座上，并与所述支撑座一起装配至第一盖板上，用于快速装夹所述焊接工装；
所述第一盖板与所述第二盖板上下设置，所述第二盖板与所述第一盖板通过螺钉进行连接，所述第二盖板与第一盖板的接触端面开设有用于安装所述压针的孔位；
所述压针具有弹性，所述压针的上端面粘接固定在第二盖板上，所述压针的下端面用于对待焊接的盒体组装件施加压力。
优选地，在步骤S4和步骤S5之间还包括以下步骤：待步骤S4的盒体中的焊料冷却后，采用汽相清洗去除助焊剂。
优选地，所述盒体采用6061或4047铝合金材质、SiAl50硅铝材质，对盒体的焊接位置采用镀镍、镀金处理。
优选地，所述无封装载片电路中的载片采用钨铜、钼铜、铜钼铜、硅铝或金刚石铜材质，对无封装载片电路的焊接位置采用镀镍、镀金处理。
优选地，所述镀金铝板采用6061或4047铝合金材质、SiAl50硅铝材质，对所述镀金铝板的焊接位置采用镀金处理。
优选地，所述焊料为铟铅银焊料，其中铟所占的质量百分数为80％，铅所占的质量百分数为15％，银所占的质量百分数为5％。
优选地，步骤S7中的焊接分为预处理阶段与焊接阶段，在所述预处理阶段，采用抽真空与充氮气循环处理，以达到快速排除炉腔内空气效果；在所述焊接阶段，升温预热区升温速度为2℃/s，回流区升温速度为1℃/s，回流保温时间90s，回流区峰值温度为185℃，冷却区降温速度为2℃/s。
根据本发明上述方面的无封装载片电路焊接方法，能够实现无封装载片电路无助焊剂低空洞的焊接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明一种实施方式的无封装载片电路焊接方法的流程图；
图2是本发明一种实施方式的焊接工装的结构示意图；
图3是本发明一种实施方式的焊接工艺曲线的示意图。
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，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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。
本发明的实施方式提供一种无封装载片电路无助焊剂焊接方法，图1是本发明一种实施方式的无封装载片电路无助焊剂焊接方法的流程图。如图1所示，本发明一种实施方式的无封装载片电路无助焊剂焊接方法包括步骤S1-S7。
在步骤S1中，根据无封装载片电路的外形尺寸，在盒体的焊接位置进行激光刻线定位焊接区域。所述盒体可以采用6061或4047铝合金材质、SiAl50硅铝材质，表面处理方式为：盒体的焊接位置处采用镀镍、镀金处理。所述无封装载片电路中的载片可以采用钨铜、钼铜、铜钼铜、硅铝、金刚石铜等多种材质，表面处理方式为：无封装载片电路的焊接位置采用镀镍、镀金处理。
在步骤S2中，将镀金铝板放置于加热台上，在镀金铝板表面涂覆一层焊料。所述镀金铝板可以采用6061或4047铝合金材质、SiAl50硅铝材质，表面处理方式为：焊接位置镀金处理，镀金铝板尺寸形状均不做要求。所述焊料材料可以为铟铅银焊料，其中铟所占的质量百分数为80％，铅所占的质量百分数为15％，银所占的质量百分数为5％(In80Pb15Ag5)，铟铅银焊料可以为焊丝或焊料片状态。在使用焊丝的情况下，在涂敷焊料前，可以按照无封装载片电路的尺寸裁剪焊接所用的焊丝长度。
在步骤S3中，使用镊子夹持无封装载片电路，放置于步骤S2中已经涂覆焊料的镀金铝板上，左右摩擦无封装载片电路，至无封装载片电路底部均匀涂覆一层焊料。
在步骤S4中，将步骤S1中完成激光刻线的盒体放置于加热台上，在焊接盒体中焊接区域涂覆一层焊料。待焊料已均匀涂覆在焊接区域表面，使用刮刀去除盒体内部无封装载片电路处的焊料氧化层，直至焊料层形成镜面状。在该步骤中，在盒体上涂覆焊料使用了助焊剂的情况下，在后续的步骤之前还包括待盒体上焊料冷却后采用汽相清洗去除助焊剂。
在步骤S5中，用镊子夹持步骤S3中已涂敷焊料的无封装载片电路，置于步骤S4中已涂敷焊料的盒体的焊接区域中，形成盒体组装件。
在步骤S6中：将步骤S5中形成的盒体组装件置于焊接工装中，使用焊接工装对盒体组装件进行快速装夹和定位，并通过施加压力使无封装载片电路与盒体之间紧密贴合。
在一个实施例中，所使用的焊接工装如图2所示，包括底座1、连接座2、定位销3、卡扣4、第二盖板5、第一盖板6、支撑座7、压针8。
所述底座1的下端面开设有安装待焊接的盒体组装件的限位槽，限位槽形状与盒体形状一致，单边比盒体大0.15～02mm；所述连接座2通过螺钉固定于底座1上，用于与卡扣4卡接；所述定位销3通过螺装置于底座1内，同时底座1与第二盖板5、第一盖板6均开设相对应的定位孔，所述定位销置于所述定位孔内，用于快速并精准定位装配方向及位置；所述卡扣4通过螺钉、弹簧装配于支撑座7上，然后其整体通过螺钉装配至第一盖板6上，用于快速装夹所述焊接工装；所述第一盖板6与第二盖板5上下设置，第二盖板5和第一盖板6通过螺钉进行连接；所述第二盖板5和第一盖板6的接触端面均开设有用于安装压针8的孔位；所述压针8具有弹性，上端面与第二盖板5平整接触后采用绝缘胶粘接固化，所述压针8的下端面为耐高温铜材料，压针的下端面用于对待焊接的盒体组装件施加压力，其压力大小与压针规格尺寸有关。
所述焊接工装在步骤S6中使用时，将步骤S5中已经装配完成的盒体组装件置于底座1的限位槽内，装上第一盖板6，扣上卡扣4，从而使无封装载片电路与盒体之间紧密贴合。
在步骤S7中，将步骤S6中已经装有装有盒体组装件的焊接工装置于真空焊接炉腔体内进行焊接。
焊接温度曲线可分为两个处理阶段：预处理与焊接阶段，工艺过程对焊接质量的影响主要体现在焊接阶段，其中焊接阶段又分为：升温预热、保温焊接和降温冷却阶段，如图3所示。
在所述预处理阶段，采用抽真空与充氮气循环处理，以达到快速排除炉腔内空气效果；In80Pb15Ag5焊接时温度曲线最高值均低于200℃，采用In80Pb15Ag5焊料焊接时无需充入甲酸。
在所述焊接阶段，In80Pb15Ag5焊料熔点为154℃，升温预热区曲线升温速度为2℃/s，回流区升温速度为1℃/s，回流保温时间90s，回流区峰值温度为185℃，冷却区降温速度为2℃/s。
焊接完毕，待焊接工装降至室温，将第一盖板6从底座1上拆除，将盒体取出。
本发明上述实施方式的无封装载片电路焊接方法具有下述有益效果：
a)使用激光刻线技术，可以精确定位贴装位置，同时可以控制无封装载片电路焊接过程的焊料量和溢出效果，避免了后期手工清理焊接后溢出的焊料，确保了窄间隙高精度的焊接要求；
b)采用“无助焊剂”焊接方式，可以减少清洗环节，节约工时，降低芯片损伤风险；
c)采用快速装夹压力焊接工装，可以精准控制无封装载片电路所受压力，避免因受力不平行而导致的间隙，保证无封装载片电路与盒体之间的紧密贴合，使焊料熔化时能够均匀铺展和浸润，形成良好的焊接面；
d)采用“真空焊接+快速装夹压力焊接工装”方式，既能确保无封装载片电路定位，又可以减少人为操作环节，操作便捷，提升装配效率和焊接效率。
根据本发明上述实施方式的无封装载片电路焊接方法，提供了一种“无助焊剂”微组装焊接工艺技术，解决无封装载片电路无助焊剂低空洞的焊接需求，焊接效果好，可靠性高，可以获得小于10％的低空洞率焊接效果，成品率稳定控制在98％以上。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (8)
1.一种无封装载片电路焊接方法，用于将无封装载片电路焊接到盒体上，其特征在于，包括：
步骤S1：根据无封装载片电路的外形尺寸，在盒体的焊接位置进行激光刻线以定位焊接区域；
步骤S2：将镀金铝板放置于加热台上，在镀金铝板表面涂覆一层焊料；
步骤S3：使用镊子夹持无封装载片电路，放置于步骤S2中已经涂覆焊料的镀金铝板上，左右摩擦无封装载片电路，直至无封装载片电路的底部均匀涂覆一层焊料；
步骤S4：将步骤S1中完成激光刻线的盒体放置于加热台上，在盒体的焊接区域涂覆一层焊料；
步骤S5：用镊子夹持步骤S3中已涂敷焊料的无封装载片电路，置于步骤S4中已涂敷焊料的盒体的焊接区域中，形成盒体组装件；
步骤S6：将步骤S5中形成的盒体组装件置于焊接工装中，使用焊接工装对盒体组装件进行定位，并通过施加压力使无封装载片电路与盒体之间紧密贴合；
步骤S7：将步骤S6中装有盒体组装件的焊接工装置于真空焊接炉腔体内进行焊接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6中使用的焊接工装包括底座、连接座、定位销、卡扣、第一盖板、第二盖板、支撑座、压针，
所述底座上开设有用于安装待焊接的盒体组装件的限位槽，所述限位槽的形状与盒体的形状一致；
所述连接座固定于所述底座上，用于与所述卡扣卡接；
所述底座与所述第一盖板、所述第二盖板上均开设有相对应的定位孔，所述定位销置于所述定位孔内；
所述卡扣装配于所述支撑座上，并与所述支撑座一起装配至第一盖板上，用于快速装夹所述焊接工装；
所述第一盖板与所述第二盖板上下设置，所述第二盖板与所述第一盖板通过螺钉进行连接，所述第二盖板与第一盖板的接触端面开设有用于安装所述压针的孔位；
所述压针具有弹性，所述压针的上端面粘接固定在第二盖板上，所述压针的下端面用于对待焊接的盒体组装件施加压力。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤S4和步骤S5之间还包括以下步骤：待步骤S4的盒体中的焊料冷却后，采用汽相清洗去除助焊剂。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述盒体采用6061或4047铝合金材质、SiAl50硅铝材质，对盒体的焊接位置采用镀镍、镀金处理。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述无封装载片电路中的载片采用钨铜、钼铜、铜钼铜、硅铝或金刚石铜材质，对无封装载片电路的焊接位置采用镀镍、镀金处理。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述镀金铝板采用6061或4047铝合金材质、SiAl50硅铝材质，对所述镀金铝板的焊接位置采用镀金处理。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述焊料为铟铅银焊料，其中铟所占的质量百分数为80％，铅所占的质量百分数为15％，银所占的质量百分数为5％。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S7中的焊接分为预处理阶段与焊接阶段，在所述预处理阶段，采用抽真空与充氮气循环处理，以达到快速排除炉腔内空气效果；在所述焊接阶段，升温预热区升温速度为2℃/s，回流区升温速度为1℃/s，回流保温时间90s，回流区峰值温度为185℃，冷却区降温速度为2℃/s。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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