CN117182244A - 微波等离子辅助的真空回流焊炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大功率半导体激光器封装技术领域，具体涉及一种微波等离子辅助的真空回流焊炉，包括真空回流焊炉本体、PC显示器、触摸屏、键鼠托盘、支架、电源开关、急停开关、三色蜂鸣器、废气负压报警器、废气排放口、顶罩、甲酸塔、甲酸阀、气缸、真空规、真空阀和真空泵接口，通过PC显示器、键盘和鼠标来操纵置于电气柜内的个人计算机(PC)，而PC与PLC均接入互联网，可通过互联网彼此通讯，因此操作员也可通过PC间接控制PLC，由此进行多种去氧化工艺模块的选择和配合，引入无损伤的微波等离子技术，快速精准的温度曲线控制，易于操作的图形化界面。

Description

微波等离子辅助的真空回流焊炉

技术领域

本发明涉及大功率半导体激光器封装技术领域，尤其涉及一种微波等离子辅助的真空回流焊炉。

背景技术

在IGBT功率芯片封装，大功率半导体激光器封装，微波功率芯片(MMIC)封装，高可靠性MEMS传感器芯片封装中，通常使用真空回流焊炉进行操作。

现有的真空回流焊炉设备通常没有配置微波等离子辅助系统，也没有多种去氧化工艺，工艺控制不够精准，焊接质量不够高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波等离子辅助的真空回流焊炉，解决了现有技术中真空回流焊炉设备通常没有配置微波等离子辅助系统，也没有多种去氧化工艺，工艺控制不够精准，焊接质量不够高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种微波等离子辅助的真空回流焊炉，包括真空回流焊炉本体、PC显示器、触摸屏、键鼠托盘、支架、电源开关、急停开关、三色蜂鸣器、废气负压报警器、废气排放口、顶罩、甲酸塔、甲酸阀、气缸、真空规、真空阀、真空泵接口、冷却氮气入口、进水口、出水口、第一等离子工艺气体入口、第二等离子工艺气体入口、工艺气体入口、气泵电源接口和油泵电源接口，所述支架安装在所述真空回流焊炉本体的上方，所述PC显示器、所述触摸屏、所述键鼠托盘依次安装在所述支架上，所述电源开关和所述急停开关依次设置于所述真空回流焊炉本体的一侧，所述三色蜂鸣器、所述废气排放口、所述废气负压报警器、所述真空规、所述真空阀、所述冷却氮气入口、所述工艺气体入口、所述第一等离子工艺气体入口、第二等离子工艺气体入口、所述甲酸塔和所述甲酸阀依次安装在所述真空回流焊炉本体的另一侧，所述进水口、所述出水口、所述油泵电源接口和所述气泵电源接口依次安装在所述真空回流焊炉本体的下方，所述顶罩盖合在所述真空回流焊炉本体的上方，所述气缸设置于所述真空回流焊炉本体的上方。

其中，所述微波等离子辅助的真空回流焊炉还包括多个滚轮，多个所述滚轮均与所述真空回流焊炉本体固定连接，并依次分布在所述真空回流焊炉本体的下方。

其中，所述真空回流焊炉还包括三个面板和多个面板把手，三个所述面板依次安装在所述真空回流焊炉本体的外部，多个所述面板把手分别与对应的所述面板1固定连接，并依次分布在所述面板的一侧。

其中，所述微波等离子辅助的真空回流焊炉还包括腔体顶盖把手，所述腔体顶盖把手安装在所述真空回流焊炉本体的上方。

本发明的一种微波等离子辅助的真空回流焊炉，操作员可通过PC显示器、键盘和鼠标来操纵置于电气柜内的个人计算机(PC)，而PC与PLC均接入互联网，可通过互联网彼此通讯。因此操作员也可通过PC间接控制PLC，所述三色蜂鸣器可发出警报，所述废气负压警报器可发出负压警报，所述废气排放口可进行废气排放，所述顶罩对腔体上方进行保护，通过甲酸载气入口向工作腔体通入甲酸载气，将甲酸塔里的甲酸吹入工作腔体，为工艺提供还原性气氛，所述甲酸阀可控制开关，所述气缸可控制顶盖的开关，所述真空阀可控制真空管路的开关，所述真空规可测量腔体内部真空度，所述真空泵接口可接入真空泵，由此进行多种去氧化工艺模块的选择和配合，引入无损伤的微波等离子技术，快速精准的温度曲线控制，易于操作的图形化界面。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例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简单地介绍。

图1是本发明的整体的结构示意图。

图2是本发明的整体的侧视图。

图3是本发明的整体的俯视图。

1-PC显示器、2-触摸屏、3-键鼠托盘、4-支架、5-滚轮、6-面板把手、7-电源开关、8-急停开关、9-三色蜂鸣器、10-废气负压报警器、11-废气排放口、12-顶罩、13-腔体顶盖把手、14-甲酸塔、15-甲酸阀、16-面板、17-气缸、18-真空回流焊炉本体、19-油泵电源接口、20-真空规、21-真空阀、22-真空泵接口、23-冷却氮气入口、24-进水口、25-气泵电源接口、26-出水口、27-第一等离子工艺气体入口、28-工艺气体入口、29-第二等离子工艺气体入口_。

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，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图3，本发明提供一种微波等离子辅助的真空回流焊炉，包括真空回流焊炉本体18、PC显示器1、触摸屏2、键鼠托盘3、支架4、电源开关7、急停开关8、三色蜂鸣器9、废气负压报警器10、废气排放口11、顶罩12、甲酸塔14、甲酸阀15、气缸17、真空规20、真空阀21、真空泵接口22、冷却氮气入口23、进水口24、出水口26、第一等离子工艺气体入口27、第二等离子工艺气体入口29、工艺气体入口28、气泵电源接口25和油泵电源接口19，所述支架4安装在所述真空回流焊炉本体18的上方，所述PC显示器1、所述触摸屏2、所述键鼠托盘3依次安装在所述支架4上，所述电源开关7和所述急停开关8依次设置于所述真空回流焊炉本体18的一侧，所述三色蜂鸣器9、所述废气排放口11、所述废气负压报警器10、所述真空规20、所述真空阀21、所述冷却氮气入口23、所述工艺气体入口28、所述第一等离子工艺气体入口27、第二等离子工艺气体入口29、所述甲酸塔14和所述甲酸阀15依次安装在所述真空回流焊炉本体18的另一侧，所述进水口24、所述出水口26、所述油泵电源接口19和所述气泵电源接口25依次安装在所述真空回流焊炉本体18的下方，所述顶罩12盖合在所述真空回流焊炉本体18的上方，所述气缸17设置于所述真空回流焊炉本体18的上方。

进一步地，所述微波等离子辅助的真空回流焊炉还包括多个滚轮5，多个所述滚轮5均与所述真空回流焊炉本体18固定连接，并依次分布在所述真空回流焊炉本体18的下方。

进一步地，所述真空回流焊炉还包括三个面板16和多个面板把手6，三个所述面板16依次安装在所述真空回流焊炉本体18的外部，多个所述面板把手6分别与对应的所述面板16固定连接，并依次分布在所述面板16的一侧。

进一步地，所述微波等离子辅助的真空回流焊炉还包括腔体顶盖把手13，所述腔体顶盖把手13安装在所述真空回流焊炉本体18的上方。

在本实施方式中，所述微波等离子辅助的真空回流焊炉的型号为VSR-20MPA，由五芯电缆接入的三相380V交流电供电，扭动所述电源开关7至ON挡位，让设备通电；扭动所述电源开关7至OFF挡位，让设备断电，设备工艺进行过程中，按下所述急停开关8，可以让设备工艺立即停止，并锁定所有强电元件至无法启动的状态，所述急停开关8按下后，顺时针扭动开关，可将开关复位，解除对强电元件的锁定；设备前侧、左侧和右侧均安装有可拆卸的面板16，将内部器件与外界隔离，按下所述面板把手6旁边的锁孔，可让把手弹出，转动所述面板把手6，可解锁或锁定面板16，四对所述滚轮5安装在设备下，保证设备可以被省力地推动；在设备左上部分，所述触摸屏2与PLC之间有直接通讯连接，操作员可以通过所述触摸屏2控制PLC，所述键鼠托盘3上放置有键盘和鼠标，操作员可通过所述PC显示器1、键盘和鼠标来操纵置于电气柜内的个人计算机(PC)，而PC与PLC均接入互联网，可通过互联网彼此通讯，因此操作员也可通过PC间接控制PLC，设备的网络接入通过网络接口和电气柜内的远程透传模块来实现，电气柜放置于设备左侧面板16内部；工作腔体位于设备顶部，是工艺进行的主要场所和核心部分，腔体上半部分被所述顶罩12所保护，放置有微波等离子系统，微波等离子系统由磁控管、波导管和法拉第网组成，可以更高效地去除焊接表面的氧化层和有机物杂质，并适应低温焊接，提高了焊接的可靠性和灵活性。腔体的顶盖的开关由侧面的所述气缸17自动控制，也可拉动所述腔体顶盖把手13来手动完成，所述腔体顶盖把手13的下侧安装有勾环，下压把手至勾环扣入锁座即可锁定腔体顶盖，腔体前侧装有2个观察窗，方便随时观察腔体内部的情况，腔体两侧接入12根220v供电的石英灯管，为工艺提供加热环境，石英灯管与设备前侧面板16内部的3个电力调节器相连。电力调整器接受温控器和PLC的信号输入后，控制石英灯管的加热功率，从而实现对工艺加热部分的控制；在设备顶部的后半部分，所述三色蜂鸣器9与PLC相连，可以根据PLC发出的信号亮起不同颜色的信号灯，或者发出报警蜂鸣，甲酸载气入口和所述工艺气体入口28均通过6mm不锈钢管与工作腔体连接，管路间装有电磁阀和质量流量控制器MFC，进行气路控制，通过所述工艺气体入口28向设备通入惰性工艺气体，可为工艺提供保护性气氛和回流环境。通过甲酸载气入口向工作腔体通入甲酸载气，将所述甲酸塔14里的甲酸吹入工作腔体，为工艺提供还原性气氛。等离子工艺气体通过所述第一等离子工艺气体入口27和所述第二等离子工艺气体入口29输入腔体内部，接口和腔体间由6mm不锈钢管和波纹管连接，所述冷却氮气入口23通过12mm不锈钢管与工作腔体连接，由冷却氮气电磁阀进行气路控制，经冷却氮气入口23向腔体内输入大量冷却氮气，实现快速降温。真空泵通过所述真空泵接口22接入设备，并用KF25管接头和KF25波纹管与工作腔体连接。在管接头处装有所述真空阀21和所述废气排放口11，所述真空规20，所述真空阀21可控制真空管路的开关，所述真空规20可测量腔体内部真空度，工艺产生的废气也通过真空管路，经所述废气排放口11进行排放，如果检测腔体内部存在负压影响废气顺利排放，所述废气负压报警器10会向PLC发出报警信息；在设备后侧的下部，所述进气口一端通过6mm软管与空气压缩机连接，一端通过6mm软管、4mm软管与所述气缸17、气动阀门、气压表连接，所述进水口24一端通过10mm软管与冷水机连接，一端通过10mm软管和6个水冷块、2个水冷条、水冷KF25直通连接和出水口26连接。而出水口26的另一端同样通过10mm软管与冷水机连接，形成水路循环，所述油泵电源接口19为5芯接口，为油泵供电，气泵电源为3芯航空接口，为气泵供电。

预先将焊料放置于基板和元件之间，关闭工艺腔体门，在抽真空和充惰性工艺气体的循环中，将焊料加热至还原温度。再通入还原气体或者打开微波等离子模块进行氧化物的还原，提升焊料与基板、元件间的浸润性。之后继续加热至焊料熔化回流的温度，在还原性气氛或者微波等离子工艺的作用下，将元件和基板焊接在一起。接着抽真空，在负压环境下使焊料中的气泡迅速溢出，最后控制温度降至焊料凝固温度，再高速降温使器件温度下降至安全温度，再打开腔门取出焊接完成的器件。由此精度更高的PID温度控制，在2分半的稳定段精度测试中，最高温度浮动不高于0.1℃，平均温度浮动仅为0.072℃。加热板温度的高均匀性，在加热板温度均匀性测试中，80％热板面积内的温度均匀性优于±2％，稳定的工艺流程控制，便捷智能的图形化控制系统，配置有多种工艺气体、甲酸模块和微波等离子辅助系统，更适合进行高灵活性的低温焊接，焊接质量极高。

微波等离子辅助的真空回流焊接相比传统真空回流焊，有以下几点优势：

a)更高效的去氧化效率。还原性气体经微波激发后产生大量的还原性自由基，具有更强的还原性和化学活性，使其能够更有效地与氧化物反应，且能显著提升还原反应的速率，极大提升了焊接表面氧化物的去除效率。

b)提升焊料对基底的浸润性，从而提升焊接质量。还原性气体以及充当保护性气氛的惰性气体，经微波激发后形成的等离子体具有相当高的能量。这些高能态粒子与焊料或基底的碰撞，能传递大量的能量给后者，显著提升焊料或基底的表面活性，进而提升两者之间的浸润性，并优化焊接强度、空洞率、导电性、耐热性等焊接指标。

c)有效去除小分子有机物。有机物小分子杂质在传统的真空回流焊工艺中很难被去除，其在高温下产生的碳化物会对焊接质量造成不良影响。在焊接前预先往微波等离子模块中通入氧气，产生高能态的氧等离子，与基底和焊接面的小分子有机物接触后能迅速将其分解成易排除的二氧化碳等反应产物，有效去除小分子有机物杂质。.

d)更兼容低温焊接。低温焊接过程中，受温度影响，通常难以产生足够的还原性自由基还原氧化物。而微波等离子工艺无需高温即可产生大量的还原性自由基，有效还原低温环境下焊接表面的氧化物。

e)无残留，更环保。相比使用甲酸等有害的、腐蚀性、会产生碳残留的材料来还原氧化物的工艺，微波等离子技术不会产生残留物质，也不会生成污染环境的废气，更加绿色环保。

以上所揭露的仅为本申请一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种微波等离子辅助的真空回流焊炉，其特征在于，

包括真空回流焊炉本体、PC显示器、触摸屏、键鼠托盘、支架、电源开关、急停开关、三色蜂鸣器、废气负压报警器、废气排放口、顶罩、甲酸塔、甲酸阀、气缸、真空规、真空阀、真空泵接口、冷却氮气入口、进水口、出水口、第一等离子工艺气体入口、第二等离子工艺气体入口、工艺气体入口、气泵电源接口和油泵电源接口，所述支架安装在所述真空回流焊炉本体的上方，所述PC显示器、所述触摸屏、所述键鼠托盘依次安装在所述支架上，所述电源开关和所述急停开关依次设置于所述真空回流焊炉本体的一侧，所述三色蜂鸣器、所述废气排放口、所述废气负压报警器、所述真空规、所述真空阀、所述冷却氮气入口、所述工艺气体入口、所述第一等离子工艺气体入口、第二等离子工艺气体入口、所述甲酸塔和所述甲酸阀依次安装在所述真空回流焊炉本体的另一侧，所述进水口、所述出水口、所述油泵电源接口和所述气泵电源接口依次安装在所述真空回流焊炉本体的下方，所述顶罩盖合在所述真空回流焊炉本体的上方，所述气缸设置于所述真空回流焊炉本体的上方。

2.如权利要求1所述的微波等离子辅助的真空回流焊炉，其特征在于，

所述微波等离子辅助的真空回流焊炉还包括多个滚轮，多个所述滚轮均与所述真空回流焊炉本体固定连接，并依次分布在所述真空回流焊炉本体的下方。

3.如权利要求2所述的微波等离子辅助的真空回流焊炉，其特征在于，

所述真空回流焊炉还包括三个面板和多个面板把手，三个所述面板依次安装在所述真空回流焊炉本体的外部，多个所述面板把手分别与对应的所述面板固定连接，并依次分布在所述面板的一侧。

4.如权利要求3所述的微波等离子辅助的真空回流焊炉，其特征在于，

所述微波等离子辅助的真空回流焊炉还包括腔体顶盖把手，所述腔体顶盖把手安装在所述真空回流焊炉本体的上方。