CN117921128A - 一种焊接模具及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子器件制造领域，公开了一种焊接模具及焊接方法，包括载具和压块，载具设有定位平面，定位平面凹陷形成用于容纳限位封装基座的型腔，定位平面设有限位柱，压块安装于载具，限位柱限定压块移动，压块用于将引线和焊料固定在封装基座；通过型腔将封装基座的位置固定，避免焊接过程中封装基座的位置发生偏移，而后通过压块为引线及焊料施加载荷，使得引线及焊料被固定在封装基座，避免因为碰撞而导致的引线及焊料相对于封装基座的位置发生偏移，而限位柱则能限制压块的位置，避免压块的位置发生变动，压块能够准确而稳定的将引线及焊料固定在封装基座上，进一步避免外界碰撞带来的引线、焊料及封装基座之间相对位置的变动。

Description

一种焊接模具及焊接方法

技术领域

本发明涉及微电子器件制造领域，特别是涉及一种焊接模具及焊接方法。

背景技术

在芯片的应用过程中，常常需要外壳对其进行保护，其中陶瓷封装基座是常见的封装手段之一，同时为了保证芯片的高利用率封装以及在电路板上的稳定工作，常常需要在陶瓷封装基座的电极上焊接金属引线，从而实现电路内外部导通。随着芯片更新迭代，封装基座上引入/引出端数量也越来越多，引脚数量的增多意味着需要关注的焊接点进一步增多，组装和移动器件时微小的碰撞、焊接时焊料的熔融都有可能导致引线与电极的接触发生偏移，影响产品的使用，尤其是陶瓷封装基座的小型化趋势使这一问题更加明显。这也对引线焊接提出了更高的挑战，如果没有合理的固定手段，就难以实现高精准的焊接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何保证产品、引线及焊料在焊接过程中位置的稳定，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种焊接模具，包括载具和压块，所述载具设有定位平面，所述定位平面凹陷形成有用于容纳限位封装基座的型腔，所述载具设有限位柱，所述限位柱形成有限位空间，用于限制压块在所述定位平面延伸方向上的移动，所述压块通过插入所述限位空间的方式与所述载具配合，所述压块用于将引线和焊料抵顶在所述封装基座焊接侧的待焊电极上；

其中，所述定位平面的延伸方向包括相互垂直的第一方向和第二方向。

优选地，所述型腔在容纳限位封装基座时，其长度及宽度与所述封装基座的长度与宽度之间的尺寸公差为150μm至200μm。

优选地，所述型腔包括第一型腔和第二型腔，所述第一型腔由所述定位平面凹陷形成并与所述封装基座的尺寸相配合，所述第二型腔沿所述第二方向分设在所述第一型腔的两侧，所述第二型腔的深度小于所述第一型腔的深度。

优选地，在第一方向上，所述第二型腔的长度小于所述第一型腔的长度，所述第二型腔的两端向中间突出，相对于所述第一型腔的两端形成限位部。

优选地，所述压块朝向所述型腔的侧面设有与所述型腔内封装基座焊接侧对应的凸出部，所述凸出部用于将引线及焊料抵顶在所述封装基座焊接侧的待焊电极上。

优选地，所述定位平面在所述型腔的周侧设有至少一个限位凸块，所述限位凸块用于限制所述引线沿所述定位平面延伸方向的移动。

优选地，所述限位凸块与引线之间的距离控制在25μm至50μm内，所述限位凸块具有圆角部。

优选地，所述型腔凹陷的深度为h2，所述载具与所述定位平面相背的一侧面与所述型腔底面的距离为h1，h2/h1的范围为2至10。

优选地，所述载具和所述压块的材质均为石墨，所述载具和所述压块的表面均涂覆有碳化硅涂层。

本发明还提供一种焊接方法，该焊接方法采用前文描述的焊接模具，同时该方法还包括以下步骤：

S1、将封装基座放入载具的型腔中并将焊料放置于封装基座的待焊电极上，而后将引线放置于焊料上并通过压块对引线、焊料及封装基座施加载荷；

S2、将放置好引线、焊料及封装基座的焊接模具放入钎焊炉中，设置升温程序以完成钎焊。

本发明实施例中所提供的一种焊接模具相比于现有技术而言，其有益效果在于：

通过型腔将封装基座的位置固定，避免焊接过程中封装基座的位置因为碰撞等外界因素发生偏移，而后通过压块为引线及焊料施加载荷，使得引线及焊料被固定在封装基座的焊接侧，避免因为碰撞而导致的引线及焊料相对于封装基座的位置发生偏移，而限位柱则能限制压块在载具上的位置，避免压块的位置沿定位平面的延伸方向发生变动，使得压块能够准确而稳定的将引线及焊料固定在封装基座的焊接侧上，进一步避免外界碰撞带来的引线、焊料及封装基座之间相对位置的变动偏移。

附图说明

图1是本发明焊接模具与封装基座、引线、焊料的安装示意图；

图2是本发明的载具的立体视图；

图3是本发明的压块的立体视图；

图4是本发明的焊接模具的立体图；

图5是本发明未放置压块时，焊接模具与封装基座、引线、焊料的安装示意图；

图6是图1所示实施例的俯视图；

图7是图7中A-A处的剖视图。

图中：1、载具；11、型腔；111、第一型腔；1111、限位部；112、第二型腔；12、限位柱；121、限位空间；1211、限位槽；13、限位凸块；14、定位平面；

2、压块；21、凸出部；

3、引线；

4、焊料；

5、封装基座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1、图3及图5所示，本发明优选实施例提供了一种焊接模具，其包括载具1和压块2，载具1设有定位平面14，定位平面14凹陷形成有用于容纳限位封装基座5的型腔11，载具1上还设有限位柱12，限位柱12形成有限位空间121，用于限制压块2在定位平面延伸方向上的移动，压块2通过插入限位空间121的方式与载具1配合，压块2用于将引线3和焊料4抵顶在所述封装基座焊接侧的待焊电极上；其中，定位平面14的延伸方向包括相互垂直的第一方向B和第二方向C。需要说明的是，图6中的俯视图标明了B方向为第一方向，C方向为第二方向，封装基座5在型腔11内放置时，其焊接边朝向第二方向，焊料4平行于第一方向设置，而引线3平行于第二方向设置。

具体来说，在钎焊过程当中，配件的位置精度会影响到成品的焊接质量，当焊料4的位置发生偏移时，高温下的焊料4熔融后容易出现焊料4铺展不到位，焊料4无法浸润电极的情况；而当引线3的位置发生偏移时，则可能会导致熔融过程中引线3变形上翘的问题，引线3的变形上翘则会导致引线3与器件的连接出现偏差，导致器件在后续使用中出现问题。在转移的过程中和钎焊的过程中，外界细微的碰撞等影响就有可能导致位置已经摆放正确的引线3及焊料4的位置发生变动偏移，进而出现上述问题。本发明在焊接前先通过载具1上的型腔11限制封装基座5的位置，使得封装基座5相对于载具1的位置在转移及焊接的过程中不会发生变动，而后通过压块2将引线3及焊料4固定在封装基座5，并通过限位柱12限制压块2在定位平面14上的移动，使得压块2相对于封装基座5的位置不会发生变动，进而保证在转移及焊接过程中，引线3及焊料4相对于封装基座5的位置不会发生变动偏移，引线3及焊料4也能被牢牢的固定在封装基座5的焊接侧上，保证了封装基座5、引线3及焊料4在焊接过程中位置的稳定性以及相对位置的精度，其中限位柱12可以设置在定位平面14上，也可以设置在载具1的侧边，只要能够满足对压块2的限位，避免压块2在定位平面14上的移动即可。此外，本方案合理设计压块2的尺寸，使组装好后焊接模具上的压块2略高于压块限位柱12，这样可以方便在压块2上方继续添加其它载重。如不这样设置，载重会施加在限位柱12上，起不到施加载荷的效果。

如图1、图5及图6所示，在一些实施例当中，限位柱12沿第一方向在型腔11的两侧分别设置有至少一个。

具体来说，限位柱12的设置应当以能够限制住压块2沿定位平面14延伸的方向移动为准，在本实施例当中限位柱12设置有两个，两个限位柱12之间形成有限位空间121来限制压块的移动，在其他一些实施例当中，限位柱12可以设置为三个或者四个并分别对压块2的角部进行限制，进而限制住压块2的移动，在另外一些实施例当中限位柱12也可以是对角设置的两个，通过对压块2的两个角部的位置进行限制以限制整个压块2的移动。

在一些实施例当中，如图2所示，限位柱12朝向型腔11的一侧面开设有与压块角部相贴合的限位槽1211，限位槽1211沿远离定位平面14的方向延伸并贯穿限位柱12形成嵌入口，型腔11两侧的限位柱12开设的限位槽1211之间形成限位空间121，压块2的两端能够通过嵌入口嵌入限位空间121。

其中，限位槽1211的形状与压块2角部的形状相贴合可以更好的限制住压块2的移动，例如在另外的实施例中，当压块2的角部为圆角设置时，限位槽1211则可以设置为与圆角贴合的弧形结构，压块2的角部与限位槽1211对应，而后将压块2经由嵌入口嵌入至限位空间121当中并将引线3和焊料4抵顶在封装基座5焊接侧的待焊电极上。

在一些实施例当中，型腔11的长度及宽度与封装基座5的长度与宽度之间的尺寸公差为150μm至200μm。通过控制尺寸公差，保证封装基座5与型腔11之间的接触良好，相对位置准确，同时也方便焊接后封装基座5的取出的工作，避免因钎焊过程中的热膨胀而导致封装基座5在焊接引线3后无法从型腔11中取出的问题。

如图2所示，在一些实施例当中，型腔11包括第一型腔111和第二型腔112，第一型腔111由定位平面14凹陷形成并与封装基座5的尺寸相配合，第二型腔112沿第二方向分设在第一型腔111的两侧，第二型腔112的深度小于第一型腔111的深度。

进一步的，在一些实施例当中，在第一方向上，第二型腔112的长度小于第一型腔111的长度，第二型腔112的两端向中间突出，相对于第一型腔111的两端形成限位部1111。

具体来说，深度更深的第一型腔111用于容纳限位封装基座5，而深度更小的第二型腔112则能够适配具备弯折结构的引线3，使得引线3能够不与载具1接触，能够更好的与封装基座5的待焊电极接触，以进行焊接。而在第一方向上，第二型腔112的长度小于第一型腔111的长度，能够避免第一型腔111内的焊料4向着第一型腔111的侧边移动至脱离封装基座5，焊料4在水平方向上的移动被限制在封装基座5上，引线3也就能够更好的被焊接的封装基座5上。

如图3所示，在一些实施例当中，压块2朝向型腔11的侧面设有与型腔11内封装基座5焊接侧对应的凸出部21，凸出部21用于将引线3及焊料4抵顶在封装基座5焊接侧的待焊电极上。

具体来说，凸出部21能够更为紧密地将引线3及焊料4固定在封装基座5，同时也能够避免压块2对封装基座5中部的影响，还能够通过减小接触面积来提高压块2施加给引线3及焊料4的载荷，使得引线3及焊料4能够更为紧密的被压在封装基座5上，引线3和焊料4被固定的更为牢靠，压块2施加的载荷也能够均匀的施加到各个引线3与焊料4、封装基座5的接触点上，避免受压不均匀的问题。

在一些实施例当中，凸出部21为沿第一方向延伸的条形凸块。条形凸块对应封装基座5的焊接侧的形状，同时其在长度上也不超过第一型腔111在第一方向上的长度，凸出部21能够伸入第一型腔111内并更好的为引线3施加压力，将多个引线3及焊料4更好的固定在封装基座5焊接侧的电极上，引线3及焊料4的受力也会更加的均匀。

在一些实施例当中，在第二方向上，压块2的宽度小于封装基座5和第一型腔111的宽度。通过这样设置，能够露出缝隙用于观察装配后的引线3、焊料4及封装基座5之间的相对位置，以便于及时调整发生偏移的引线3或焊料4的位置，保证焊接过程中的精准度。

在一些实施例当中，压块2施加在引线3的压力控制在1kPa至8kPa内。通过设置压力的大小能够很好的对引线3进行固定，当压力过大会导致引线3受压变形，而压力过小则会导致引线3受压不到位，容易松动，进而出现引线3位置偏移或引线3上翘的问题。

如图1、图2、图4及图5所示，在一些实施例当中，定位平面14沿第二方向在型腔11的周侧设有至少一个限位凸块13，限位凸块13用于限制引线3沿定位平面14延伸方向的移动。

具体来说，根据封装基座5需要焊接的引脚数的多少，引线3设有多个，多个引线3远离封装基座5焊接侧的一端可以是连接在一起的，进而形成引线组，而定位平面14上的限位凸块13则能够通过嵌入引线3之间的间隙来与引线组配合，从而限制引线3及引线组在定位平面14上的位置，避免引线3发生移动；定位平面14上的限位凸块13可以根据引线3的数量来设置多个，以更好的限制引线3的移动，在一个实施例中，限位凸块13在定位平面14上左右对称设置有四个，四个限位凸块13分别设置在引线组的四个角，以此来对引线组及引线3的位置进行限定，此外还额外设置了一个三角凸块，三角凸块与其中一个限位凸块13配合分设在引线组的内外两侧，进一步的限制引线组及各引线3的移动。

进一步的，限位凸块13与引线3之间的距离控制在25μm至50μm内，同时限位凸块13做倒圆角处理形成圆角部。限位凸块13与引线3之间距离的设置以及限位凸块13倒圆角的处理，都是为了保证限位凸块13能够对引线3起到限位作用的同时，又不会因为钎焊过程中的热膨胀影响焊接后引线3的取出。而当多个引线3形成引线组的时候，圆角的设置只需要在限位凸块13靠近引线组角部的一角上设置圆角即可使得引线组在焊接后能够被轻松取下，简化了载具的加工工序。

此外，参见图7，待焊接的引线3的主体不与型腔11外平面接触，且高出一定距离。因为钎焊时焊料4熔融会导致引线3高度下降，若高度下降导致引线3的主体与型腔11外平面接触，会影响引脚与待焊接电极的接触情况。

参见图7，在一些实施例当中，型腔11凹陷的深度为h2，载具1与定位平面14相背的一侧面与型腔11底面的距离为h1，h2/h1的范围为2至10。

具体来说，载具1底部的厚度应当尽量薄，在满足载具1机械强度要求的同时，还能够满足钎焊过程中的热传递需求，使得焊料4能够充分的熔融铺展，进而完全浸润封装基座5焊接侧的待焊电极；当载具1底部的厚度过大，热量就不容易传递至焊料4处，焊料4不完全融化会严重影响焊接质量。

在一些实施例当中，载具1和压块2的材质均为石墨，载具1和压块2的表面均涂覆有碳化硅涂层。

具体来说，石墨的化学性质稳定，且导热能力较好，能够很好的将热量传递至焊料4处，使得焊料4充分熔融铺展以浸润电极，且石墨还耐高温易于成型，成本更低，更利于焊接中使用；碳化硅涂层则能够对石墨进行保护，避免石墨在摩擦过程中掉落的碳颗粒对封装基座5及其他配件造成污染。

另外，本发明还提供一种焊接方法，该焊接方法采用前文描述的焊接模具，同时该方法还包括以下步骤：

S1、将封装基座5放入载具1的型腔11中并将焊料4放置于封装基座5的待焊电极上，而后将引线3放置于焊料4上并通过压块2对引线3、焊料4及封装基座5施加载荷；

S2、将放置好引线3、焊料4及封装基座5的焊接模具放入钎焊炉中，设置升温程序以完成钎焊。

综上，本发明实施例提供一种焊接模具，先通过型腔11限位固定封装基座5的位置，而后在通过压块2施加载荷将引线3及焊料4固定在封装基座5上，最后通过限位柱12来限制压块2的位置，进而保证封装基座5、焊料4及引线3之间相对位置在焊接过程中的稳定牢靠，三者之间的相对位置不易因为外界碰撞而发生偏移，进而导致焊接成品质量的下降。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种焊接模具，其特征在于，包括载具和压块，所述载具设有定位平面，所述定位平面凹陷形成有用于容纳限位封装基座的型腔，所述载具设有限位柱，所述限位柱形成有限位空间，用于限制压块在所述定位平面延伸方向上的移动，所述压块通过插入所述限位空间的方式与所述载具配合，所述压块用于将引线和焊料抵顶在所述封装基座焊接侧的待焊电极上；

其中，所述定位平面的延伸方向包括相互垂直的第一方向和第二方向。

2.根据权利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述型腔在容纳限位封装基座时，其长度及宽度与所述封装基座的长度与宽度之间的尺寸公差为150μm至200μm。

3.根据权利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述型腔包括第一型腔和第二型腔，所述第一型腔由所述定位平面凹陷形成并与所述封装基座的尺寸相配合，所述第二型腔沿所述第二方向分设在所述第一型腔的两侧，所述第二型腔的深度小于所述第一型腔的深度。

4.根据权利要求3所述的焊接模具，其特征在于，在第一方向上，所述第二型腔的长度小于所述第一型腔的长度，所述第二型腔的两端向中间突出，相对于所述第一型腔的两端形成限位部。

5.根据权利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述压块朝向所述型腔的侧面设有与所述型腔内封装基座焊接侧对应的凸出部，所述凸出部用于将引线及焊料抵顶在所述封装基座焊接侧的待焊电极上。

6.根据权利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述定位平面在所述型腔的周侧设有至少一个限位凸块，所述限位凸块用于限制所述引线沿所述定位平面延伸方向的移动。

7.根据权利要求6所述的焊接模具，其特征在于，所述限位凸块与引线之间的距离控制在25μm至50μm内，所述限位凸块具有圆角部。

8.根据权利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述型腔凹陷的深度为h2，所述载具与所述定位平面相背的一侧面与所述型腔底面的距离为h1，h2/h1的范围为2至10。

9.根据权利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述载具和所述压块的材质均为石墨，所述载具和所述压块的表面均涂覆有碳化硅涂层。

10.一种焊接方法，其特征在于，采用如权利要求1至9任意一项所述的焊接模具，包括以下步骤：

S1、将封装基座放入载具的型腔中并将焊料放置于封装基座的待焊电极上，而后将引线放置于焊料上并通过压块对引线、焊料及封装基座施加载荷；

S2、将放置好引线、焊料及封装基座的焊接模具放入钎焊炉中，设置升温程序以完成钎焊。