CN117613026A - 一种大尺寸clcc封装探测器组件及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CLCC封装探测器组件及其焊接方法，以解决现有技术中大尺寸CLCC封装器件直接与印制板焊接，因焊点在环境应力下易受交变力产生开裂的技术问题。本发明提供的一种大尺寸CLCC封装探测器组件及其焊接方法，包括CLCC封装探测器，以及与CLCC封装探测器热膨胀系数相近的陶瓷基板，探测器置于陶瓷基板顶部；CLCC封装探测器是指边长尺寸大于10.18mm的CLCC封装探测器，热膨胀系数相近是指两者之间热膨胀系数的差值小于等于1.0ppm/℃；CLCC封装探测器上设有多个器件焊端，陶瓷基板上设有多个第一焊盘，多个第一焊盘与多个器件焊端一一对应；第一焊盘与器件焊端之间设有预制焊片，第一焊盘和器件焊端均通过助焊剂与预制焊片相连。
Description
技术领域
本发明涉及CLCC封装探测器组件及其焊接方法，具体涉及一种大尺寸CLCC封装探测器组件及其焊接方法。
背景技术
目前，在印制板上直接焊接边长尺寸较大的CLCC(Ceramic Leaded ChipCarrier，带引脚的陶瓷芯片载体)封装器件(通常是指边长尺寸大于10.18mm的CLCC封装器件)，由于封装器件与印制板之间的热膨胀系数差距较大，导致焊点在环境应力下易受交变应力影响而开裂，进而使焊接可靠性降低，因此，在印制板上直接焊接边长尺寸较大的CLCC封装器件属于航天禁用工艺。因此，在对边长尺寸较大的CLCC封装器件进行焊接时，通常会更改器件封装形式，如PGA(Pin Grid Array，插针网格阵列)封装、CQFP(Ceramic QuadFlat Package，四侧引脚扁平陶瓷的封装)封装等。
对于高等级、高灵敏度和高精度装调限制的进口大尺寸CLCC封装器件，则无法更改器件的封装形式以实现与印制板的焊接。针对此问题，虽然可以通过在器件底部植球、选取特殊材质的PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板或进行二次封装等方法对进口大尺寸CLCC封装器件与印制板焊接，但是，采取这些方法需要较高的成本，而且不适用于精密光机产品，难以在航天工程上批量应用。
因此，上述现有技术中存在的不足为：大尺寸CLCC封装器件在直接与印制板焊接时，焊点在环境应力下易受交变力而产生开裂，导致大尺寸CLCC封装器件直接与印制板焊接很难运用于航天工程。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中大尺寸CLCC封装器件直接与印制板焊接，因焊点在环境应力下易受交变力产生开裂的技术问题，而提供一种大尺寸CLCC封装探测器组件及其焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：
一种大尺寸CLCC封装探测器组件，其特殊之处在于：
包括CLCC封装探测器，以及与CLCC封装探测器热膨胀系数相近的陶瓷基板，探测器置于陶瓷基板顶部；所述CLCC封装探测器是指边长尺寸大于10.18mm的CLCC封装探测器，所述热膨胀系数相近是指两者之间热膨胀系数的差值小于等于1.0ppm/℃；
所述CLCC封装探测器上设有多个器件焊端，陶瓷基板上设有多个第一焊盘，多个第一焊盘与多个器件焊端一一对应；
所述第一焊盘与器件焊端之间设有预制焊片，用于在真空加热及冷却后，将第一焊盘和器件焊端焊接；
所述预制焊片与第一焊盘、器件焊端接触的表面上均涂覆具有粘性的助焊剂，第一焊盘和器件焊端均通过助焊剂与预制焊片相连。
进一步地，还包括分布于陶瓷基板两端外侧的挠板；
所述陶瓷基板靠近挠板的一端设有多个第二焊盘，挠板靠近陶瓷基板的一侧设有多个与第二焊盘相对应的第三焊盘，第二焊盘和第三焊盘之间设置有连接导体。
进一步地，所述连接导体外形呈两端平直、中部向上突出；
所述连接导体与第二焊盘的接触部分占第二焊盘长度的四分之三以上，连接导体与第三焊盘的接触部分占第三焊盘长度的四分之三以上。
进一步地，所述预制焊片的平面尺寸与第一焊盘的平面尺寸相同；
所述预制焊片的厚度为0.15mm。
进一步地，所述CLCC封装探测器的封装本体材质为氧化铝陶瓷，热膨胀系数为7.1ppm/℃；
所述陶瓷基板的材质为HTCC陶瓷，热膨胀系数为7ppm/℃；
所述挠板为玻璃纤维环氧树脂覆铜板；
所述连接导体为镀银铜线。
同时，本发明还提供了一种大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
S1、清洗陶瓷基板上的第一焊盘，以及CLCC封装探测器上的器件焊端；
S2、将预制焊片与第一焊盘、器件焊端接触表面上均涂覆具有粘性的助焊剂；
S3、将预制焊片通过助焊剂粘贴于第一焊盘上；
S4、将CLCC封装探测器放置在陶瓷基板上，并使器件焊端与第一焊盘一一对应，器件焊端通过助焊剂与预制焊片相连；
S5、将CLCC封装探测器、陶瓷基板和预制焊片放入真空加热炉内；
将真空加热炉内抽真空至1torr以下，通过真空加热炉加热使预制焊片熔化，停止加热后自然冷却，使器件焊端与第一焊盘焊接在一起，实现CLCC封装探测器与陶瓷基板之间的焊接。
进一步地，所述步骤S1具体为：采用无纺布蘸取无水乙醇擦洗陶瓷基板上的第一焊盘，以及探测器上的器件焊端。
进一步地，所述步骤S5中，通过真空加热炉加热使预制焊片熔化的具体步骤为：
使真空加热炉以5℃/min的升温速度将温度升至T-20℃，并在T-20℃下对预制焊片预热10min；其中，T为预制焊片的液相线温度；
预热结束后，使真空加热炉以5℃/min的升温速度将温度升至T+40℃，并在T+40℃下对预制焊片加热3min，使预制焊片熔化。
进一步地，还包括如下步骤：
S6、在CLCC封装探测器与陶瓷基板焊接完成后，清洗陶瓷基板上的第二焊盘，以及挠板上的第三焊盘；
S7、对陶瓷基板上的CLCC封装探测器进行防护；
S8、通过焊料将连接导体的两端分别与第二焊盘和第三焊盘焊接。
进一步地，步骤S6中，采用无纺布蘸取无水乙醇擦洗陶瓷基板上的第二焊盘，以及挠板上的第三焊盘；
步骤S7具体为：
S7.1、将胶带粘贴在CLCC封装探测器上表面并将CLCC封装探测器上的玻璃板完全覆盖；
S7.2、在CLCC封装探测器外侧的陶瓷基板上粘贴一圈胶带，将已焊接连接的器件焊端与第一焊盘保护覆盖。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明提供的大尺寸CLCC封装探测器组件，通过选用热膨胀系数相近的CLCC封装探测器和陶瓷基板，可以规避因热膨胀系数差距较大，导致在环境应力下焊点开裂的问题，突破了禁限用工艺带来的限制。而且，在本申请中采用预制焊片以及带粘性的助焊剂将第一焊盘与器件焊端相连，可实现摆脱焊膏丝印工序及其工装，快速贴装，提高效率；通过高温真空烧结预制焊片，使预制焊片熔化以实现焊接，而且真空环境可以有效隔断氧气对材料带来的影响，同时可以减少气泡的发生，提高焊接质量。
2、本发明提供的大尺寸CLCC封装探测器组件，陶瓷基板通过连接导体和挠板与外部器件相连，由于连接导体为镀银铜线，质地软，而且连接导体的形状为两端平直、中部向上突出，连接导体可以通过形变释放连接处的应力。
3、本发明提供的大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法，采用特定的温度曲线进行焊接，5℃/min的升温速度可以确保器件热冲击最小；以低于预制焊片的液相线温度20℃对预制焊片预热10min，可以使助焊剂的润湿作用达最大，使得消除温度梯度，减少热变形应力；采用自然冷却可使得热变形应力得到释放。
4、本发明提供的大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法，焊接时将胶带粘贴在CLCC封装探测器与第二焊盘之间形成防护带，并对CLCC封装探测器上的玻璃盖进行覆盖，可以减少多余物和静电的引入，对于产品质量具有决定性重要作用。
附图说明
图1是本发明大尺寸CLCC封装探测器组件实施例的结构示意图；
图2是本发明大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法实施例步骤S5中的温度曲线图。
附图标记说明：1-CLCC封装探测器、2-器件焊端、3-第一焊盘、4-预制焊片、5-陶瓷基板、6-第二焊盘、7-第三焊盘、8-连接导体、9-挠板。
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，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
如图1所示，本发明公开了一种大尺寸CLCC封装探测器组件，为了消除因热膨胀系数差距过大所引入的交变应力，选取两者之间的热膨胀系数的差值小于等于1.0ppm/℃的CLCC封装探测器1和陶瓷基板5来避免引入交变应力，在本实施例中，CLCC封装探测器1的材质为氧化铝陶瓷，热膨胀系数为7.1ppm/℃；陶瓷基板5的材质为HTCC(High TemperatureCo-fired Ceramic,高温共烧多层陶瓷)陶瓷，热膨胀系数为7ppm/℃。
如图1所示，CLCC封装探测器1置于陶瓷基板5顶部；CLCC封装探测器1上设有多个器件焊端2，陶瓷基板5上设有多个第一焊盘3，多个第一焊盘3与多个器件焊端2一一对应。
如图1所示，为了摆脱焊膏丝印工序及其工装，实现快速贴装并提高效率；在第一焊盘3与器件焊端2之间设置预制焊片4，用于在真空加热及冷却后，将第一焊盘3和器件焊端2焊接；预制焊片4熔化后将第一焊盘3和器件焊端2焊接；而且，预制焊片4需要满足：预制焊片4的平面尺寸与第一焊盘3的平面尺寸相同；预制焊片4的厚度为0.15mm。预制焊料片4是由目前航天产品常规的焊料材料制成的片状焊材，在本实施例中，预制焊片4为Sn63Pb37焊料，Sn63Pb37焊料的液相温度T为183.5℃。
如图1所示，为了在焊接过程中保证CLCC封装探测器1与陶瓷基板5之间的位置相对固定，以及第一焊盘3与器件焊端2位置的相对固定，在预制焊片4与第一焊盘3、器件焊端2接触的表面上均涂覆具有粘性的助焊剂，第一焊盘3和器件焊端2均通过助焊剂与预制焊片4相连。在本实施例中，具有粘性的助焊剂为松香基的液态助焊剂。
如图1所示，为了实现陶瓷基板5与外部器件相连，且使外部器件与陶瓷基板5之间的连接处的应力能够得到释放，通过分布于陶瓷基板5两端外侧的挠板9与外部器件相连，挠板9为玻璃纤维环氧树脂覆铜板；陶瓷基板5靠近挠板9的一端设有多个第二焊盘6，挠板9靠近陶瓷基板5的一侧设有多个与第二焊盘6相对应的第三焊盘7，第二焊盘6和第三焊盘7之间设置有连接导体8。为了使应力能够得到释放，连接导体8选用镀银铜线，连接导体8外形呈两端平直、中部向上突出。
本发明的大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法具体如下：
S1、采用无纺布蘸取无水乙醇擦洗陶瓷基板5上的第一焊盘3，以及CLCC封装探测器1上的器件焊端2；
S2、将预制焊片4与第一焊盘3、器件焊端2接触表面上均涂覆具有粘性的助焊剂；
S3、将预制焊片4通过助焊剂粘贴于第一焊盘3上；
S4、将CLCC封装探测器1放置在陶瓷基板5上，并使器件焊端2与第一焊盘3一一对应，器件焊端2通过助焊剂与预制焊片4相连；
S5、将CLCC封装探测器1、陶瓷基板5和预制焊片4放入真空加热炉内；
将真空加热炉内抽真空至1torr以下；
如图2所示，使真空加热炉以5℃/min的升温速度将温度升至163.5℃，并在163.5℃下对预制焊片4预热10min；
预热结束后，使真空加热炉以5℃/min的升温速度将温度升至223.5℃，并在223.5℃下对预制焊片4加热3min，使预制焊片熔化；
加热完成后，自然冷却，使器件焊端2与第一焊盘3焊接在一起，实现CLCC封装探测器1与陶瓷基板5之间的焊接。
S6、CLCC封装探测器1与陶瓷基板5焊接完成后，采用无纺布蘸取无水乙醇擦洗陶瓷基板5上的第二焊盘6，以及挠板9上的第三焊盘7；
S7、对陶瓷基板5上的CLCC封装探测器1进行防护；
S7.1、将胶带粘贴在CLCC封装探测器1上表面并将CLCC封装探测器1上的玻璃板完全覆盖；
S7.2、在CLCC封装探测器1外侧的陶瓷基板5上粘贴一圈胶带，将已焊接连接的器件焊端2与第一焊盘3保护覆盖；
S8、通过焊料将连接导体8的两端分别与第二焊盘6和第三焊盘7焊接。
在本实施例中，为了保障连接导体8与第二焊盘6、第三焊盘7连接的稳定性，如图1所示，连接导体8与第二焊盘6的接触部分占第二焊盘6长度的四分之三以上，连接导体8与第三焊盘7的接触部分占第三焊盘7长度的四分之三以上。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明披露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种大尺寸CLCC封装探测器组件，其特征在于：
包括CLCC封装探测器(1)，以及与CLCC封装探测器(1)热膨胀系数相近的陶瓷基板(5)，探测器(1)置于陶瓷基板(5)顶部；所述CLCC封装探测器(1)是指边长尺寸大于10.18mm的CLCC封装探测器，所述热膨胀系数相近是指两者之间热膨胀系数的差值小于等于1.0ppm/℃；
所述CLCC封装探测器(1)上设有多个器件焊端(2)，陶瓷基板(5)上设有多个第一焊盘(3)，多个第一焊盘(3)与多个器件焊端(2)一一对应；
所述第一焊盘(3)与器件焊端(2)之间设有预制焊片(4)，用于在真空加热及冷却后，将第一焊盘(3)和器件焊端(2)焊接；
所述预制焊片(4)与第一焊盘(3)、器件焊端(2)接触的表面上均涂覆具有粘性的助焊剂，第一焊盘(3)和器件焊端(2)均通过助焊剂与预制焊片(4)相连。
2.根据权利要求1所述的大尺寸CLCC封装探测器组件，其特征在于：
还包括分布于陶瓷基板(5)两端外侧的挠板(9)；
所述陶瓷基板(5)靠近挠板(9)的一端设有多个第二焊盘(6)，挠板(9)靠近陶瓷基板(5)的一侧设有多个与第二焊盘(6)相对应的第三焊盘(7)，第二焊盘(6)和第三焊盘(7)之间设置有连接导体(8)。
3.根据权利要求2所述的大尺寸CLCC封装探测器组件，其特征在于：
所述连接导体(8)外形呈两端平直、中部向上突出；
所述连接导体(8)与第二焊盘(6)的接触部分占第二焊盘(6)长度的四分之三以上，连接导体(8)与第三焊盘(7)的接触部分占第三焊盘(7)长度的四分之三以上。
4.根据权利要求1所述的大尺寸CLCC封装探测器组件，其特征在于：
所述预制焊片(4)的平面尺寸与第一焊盘(3)的平面尺寸相同；
所述预制焊片(4)的厚度为0.15mm。
5.根据权利要求2所述的大尺寸CLCC封装探测器组件，其特征在于：
所述CLCC封装探测器(1)的封装本体材质为氧化铝陶瓷，热膨胀系数为7.1ppm/℃；
所述陶瓷基板(5)的材质为HTCC陶瓷，热膨胀系数为7ppm/℃；
所述挠板(9)为玻璃纤维环氧树脂覆铜板；
所述连接导体(8)为镀银铜线。
6.一种权利要求1至5任一所述的大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、清洗陶瓷基板(5)上的第一焊盘(3)，以及CLCC封装探测器(1)上的器件焊端(2)；
S2、将预制焊片(4)与第一焊盘(3)、器件焊端(2)接触表面上均涂覆具有粘性的助焊剂；
S3、将预制焊片(4)通过助焊剂粘贴于第一焊盘(3)上；
S4、将CLCC封装探测器(1)放置在陶瓷基板(5)上，并使器件焊端(2)与第一焊盘(3)一一对应，器件焊端(2)通过助焊剂与预制焊片(4)相连；
S5、将CLCC封装探测器(1)、陶瓷基板(5)和预制焊片(4)放入真空加热炉内；
将真空加热炉内抽真空至1torr以下，通过真空加热炉加热使预制焊片(4)熔化，停止加热后自然冷却，使器件焊端(2)与第一焊盘(3)焊接在一起，实现CLCC封装探测器(1)与陶瓷基板(5)之间的焊接。
7.根据权利要求6所述的大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：采用无纺布蘸取无水乙醇擦洗陶瓷基板(5)上的第一焊盘(3)，以及探测器(1)上的器件焊端(2)。
8.根据权利要求6所述的大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过真空加热炉加热使预制焊片(4)熔化的具体步骤为：
使真空加热炉以5℃/min的升温速度将温度升至T-20℃，并在T-20℃下对预制焊片(4)预热10min；其中，T为预制焊片(4)的液相线温度；
预热结束后，使真空加热炉以5℃/min的升温速度将温度升至T+40℃，并在T+40℃下对预制焊片(4)加热3min，使预制焊片(4)熔化。
9.根据权利要求6所述的大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S6、在CLCC封装探测器(1)与陶瓷基板(5)焊接完成后，清洗陶瓷基板(5)上的第二焊盘(6)，以及挠板(9)上的第三焊盘(7)；
S7、对陶瓷基板(5)上的CLCC封装探测器(1)进行防护；
S8、通过焊料将连接导体(8)的两端分别与第二焊盘(6)和第三焊盘(7)焊接。
10.根据权利要求9所述的大尺寸CLCC封装探测器组件的焊接方法，其特征在于：
步骤S6中，采用无纺布蘸取无水乙醇擦洗陶瓷基板(5)上的第二焊盘(6)，以及挠板(9)上的第三焊盘(7)；
步骤S7具体为：
S7.1、将胶带粘贴在CLCC封装探测器(1)上表面并将CLCC封装探测器(1)上的玻璃板完全覆盖；
S7.2、在CLCC封装探测器(1)外侧的陶瓷基板(5)上粘贴一圈胶带，将已焊接连接的器件焊端(2)与第一焊盘(3)保护覆盖。
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