CN216263949U - 芯片焊接装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种芯片焊接装置，其特征在于，包括：密封舱，其内部放置待焊接的芯片和电路板；红外加热装置，该红外加热装置向所述芯片和电路板辐射能量以使芯片与电路板之间形成足够焊膏软化的温度；抽真空装置，其具有设置于所述密封舱的任一舱壁上的抽气孔，该抽真空装置通过所述抽气孔，将所述密封舱中的气体抽至外部；工作时，所述红外加热装置对芯片和电路板的焊接位置进行加热，所述抽真空装置同步工作，将焊膏加热形成的气体抽至外部，本申请提供芯片焊接装置可以降低芯片焊接空洞率、减少元件管脚氧化，提升产品可靠性。

Description

芯片焊接装置

技术领域

本申请涉及芯片封装领域，具体是涉及到一种芯片焊接装置。

背景技术

在电路板组装中，先在电路板焊盘上印刷锡膏，然后装贴各类电子元器件，最后经过回流炉，锡膏中的锡珠熔化后将各类电子元器件与电路板焊接在一起，实现电子模块的组装。这种表面贴装技术(surface mount technology，简称SMT)越来越多地应用在高密度封装产品中，如系统级封装(system in package，简称SiP)常焊接球焊阵列封装(ballgrid arry，简称BGA)器件、功率裸芯片、方形扁平无引脚封装(quad flat No-lead，简称QFN)器件。由于锡膏焊接工艺及材料特性，这些大焊接面器件在回流焊接后，焊接区域都会出现空洞。空洞的存在会影响产品的电性能、热性能和机械性能，甚至会导致产品失效，因此，改善锡膏回流焊接空洞成为一个必须解决的工艺技术问题。

锡膏回流焊接产生空洞的原因主要有：1、因锡膏焊料不足而导致形成空洞。2、锡膏在完成印刷和贴装各类电子元器件后，在经过回流炉时，锡膏会经过预热、活化、回流、冷却4个阶段，不同阶段中的温度不同，锡膏的状态也不同。其中，在预热、活化阶段，锡膏内助焊剂中的易挥发成分受热会挥发产生气体，同时去除焊接层表面氧化物时也会产生气体，这些气体部分会挥发而脱离锡膏，锡珠之间因助焊剂挥发而紧密收聚；在回流阶段，锡膏中剩余的助焊剂会快速挥发，锡珠会熔化，少量助焊剂挥发气体和大部分锡珠间的空气未及时散出，残留在熔融态锡中并在熔融态锡的张力作用下呈汉堡包夹层结构并被电路板焊盘和电子元器件夹住，被包裹在熔融态锡中的气体仅靠上浮力很难逃逸，加上熔融态时间又很短，当熔融态锡降温冷却变成固态锡，焊接层出现气孔，焊锡空洞产生。

发明内容

本申请目的是提供一种芯片焊接装置，以解决现有技术中存在的进行回流焊过程中，助焊剂会受热挥发产生气体，且散热焊盘上的助焊剂受热所产生的气体在面积相对较大的区域无法排除的问题，避免回流焊时器件的散热焊盘和PCB的散热焊盘之间形成气泡，阻碍焊接过程，导致接触不良、空洞、虚焊等现象出现。

为了实现上述目的，本申请提供一种芯片焊接装置，包括：

密封舱，其内部放置待焊接的芯片和电路板；

红外加热装置，该红外加热装置向所述芯片和电路板辐射能量以使芯片与电路板之间形成足够焊膏软化的温度；

抽真空装置，其具有设置于所述密封舱的任一舱壁上的抽气孔，该抽真空装置通过所述抽气孔，将所述密封舱中的气体抽至外部；

工作时，所述红外加热装置对芯片和电路板的焊接位置进行加热，所述抽真空装置同步工作，将焊膏加热形成的气体抽至外部。

进一步的，密封罩放置于平台上，所述密封罩与所述平台之间的空间形成所述密封舱。

进一步的，所述密封罩与所述平台之间设置密封圈。

进一步的，所述红外加热装置为电红外加热器，设置于所述密封舱的内部，且位于正对所述芯片和电路板放置的位置的上方。

进一步的，所述平台上设有固定支架，所述电路板设置在该固定支架上。

进一步的，所述芯片和所述电路板的焊接区为焊盘，至少所述芯片和所述电路板中的一个焊盘上设有逸气槽，所述焊膏加热形成的气体从所述逸气槽中逸出。

进一步的，所述逸气槽为十字交叉槽，由两条交叉的条形槽体形成，所述条形槽体的两端至少导通至所述焊盘的盘边或盘角。

进一步的，根据焊膏的熔点温度设置所述焊接位置应该达到的温度。

进一步的，还包括温度检测装置，用以检测所述焊接位置的温度。

进一步的，所述红外加热装置根据所述焊接位置应该达到的温度和所述焊接位置的温度调整加热功率。

本申请提供芯片焊接装置可以降低芯片焊接空洞率、减少元件管脚氧化，提升产品可靠性。

附图说明

图1为本申请提供芯片焊接装置示意图；

图2为本申请提供的另一实施方式芯片焊接装置示意图；

图3为本申请提供芯片焊盘开槽示意图；

图4为本申请提供的另一实施方式芯片焊盘开槽示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述，但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

如背景技术中所描述的，现有技术中，锡膏在完成印刷和贴装各类电子元器件后，在经过回流炉时，锡膏会经过预热、活化、回流、冷却4个阶段，不同阶段中的温度不同，锡膏的状态也不同。其中，在预热、活化阶段，锡膏内助焊剂中的易挥发成分受热会挥发产生气体，同时去除焊接层表面氧化物时也会产生气体，这些气体部分会挥发而脱离锡膏，锡珠之间因助焊剂挥发而紧密收聚；在回流阶段，锡膏中剩余的助焊剂会快速挥发，锡珠会熔化，少量助焊剂挥发气体和大部分锡珠间的空气未及时散出，残留在熔融态锡中并在熔融态锡的张力作用下呈汉堡包夹层结构并被电路板焊盘和电子元器件夹住，被包裹在熔融态锡中的气体仅靠上浮力很难逃逸，加上熔融态时间又很短，当熔融态锡降温冷却变成固态锡，焊接层出现气孔，焊锡空洞产生。

对于底部具有外露焊盘的IC封装如QFN、DFN、EQFP等，这类封装在回流焊到PCB铜焊盘上时会出现较多问题。以QFN为例，由于QFN芯片与PCB焊接时，QFN散热焊端与PCB焊盘二者之间贴合很近，同时QFN散热焊端的尺寸相对较大，所需要的锡膏和助焊剂的量也较大，在回流焊的过程中助焊剂受热时会挥发产生气体，QFN散热焊端上的助焊剂所产生的气体在相对较大的区域无法排出，导致接触不良、空洞、虚焊等现象出现。

空洞对产品存在巨大影响，例如，空洞会使焊点的机械强度下降、热阻增大，会影响焊点的导热和导电性能，降低器件的可靠性。对于大功率器件的接地焊盘，一些高可靠性产品的用户对空洞率的要求往往<10％。

本申请的目的在于提供一种芯片焊接装置，用于降低芯片焊接的空洞率。

在本申请的一种典型实施方式中，提供了一种芯片焊接装置，如图1所示，该芯片焊接装置包括密封舱、红外加热装置2、抽真空装置3。

其中，密封舱内部放置待焊接的芯片和电路板。红外加热装置2可以向芯片和电路板辐射能量以使芯片与电路板之间形成足够使焊膏软化的温度。作为一种可选的实现方式，焊膏可以选择锡膏。抽真空装置3设置于密封舱的任一舱壁上的抽气孔，该抽真空装置3通过抽气孔，将密封舱中的气体抽至外部。

工作时，红外加热装置2对芯片和电路板的焊接位置进行加热，抽真空装置3同步工作，将焊膏加热形成的气体抽至外部。

作为一种可选的实现方式，本申请提供的芯片焊接装置还包括密封罩1，密封罩1放置于平台5上，密封罩1与平台5之间的空间形成密封舱。密封罩1与平台5之间设置密封圈。

传统的回流焊炉通常采用热风吹扫方式进行加热封装，但是这种加热方式容易造成器件贴片位移，且不利于焊膏挥发出的气体的逸散。相对于传统的热风吹扫方式，本申请提供的芯片焊接装置采用红外加热装置2进行加热封装。作为一种可选的实现方式，红外加热装置2可以为电红外加热器，设置于密封舱的内部，且位于正对芯片和电路板放置的位置的上方。

电红外加热器所产生的红外辐射能透入被加热物料表面的一定深度，具有热效率高、加热速度快、电能消耗少、加热质量高、作业环境好等优点。

密封舱作为焊接芯片与电路板的工艺腔，在抽真空装置3的作用下维持一定的真空度。受密封舱内真空环境的影响，焊膏受热挥发所产生的气体会向外逸出，而非停留在熔融态下的焊膏中形成空洞。通过这种方式可以大大降低芯片焊接的空洞率。

基于抽真空装置3的原理，密封舱内不适合有外部气体流入，否则无法保证密封舱内部的真空度。这表明热风吹扫的加热方式不适用于本申请提供的芯片焊接装置。本申请提供的红外加热装置2不会从外部向密封舱引入气体，为使用抽真空装置3降低芯片焊接空洞率方法的可行性提供了有效支持。

抽真空装置3与密封舱相配合，使得芯片焊接可以在一定真空环境下进行，可以在有效降低空洞率的同时减少焊盘或元件管脚的氧化。

作为一种可选的实现方式，本申请提供的芯片焊接装置可以设置四个真空参数:真空度、抽真空时间、真空保持时间，常压充气时间。其中，还可以通过集体是分段抽真空，逐步降低大气压，以防止器件受到真空冲击引起熔融态的焊点发生异常，同时防止焊膏在熔融状态下，内部气泡与真空腔体之间压差变化太快太大而导致炸锡现象。

为了进一步防止炸锡现象的出现，需要预留出逸气通道，以便焊膏受热后挥发的气体能够通过逸气通道逸出。逸气通道的设计可以进一步的降低芯片焊接的空洞率

作为一种可选的实现方式，芯片和电路板的焊接区为焊盘，可以在电路板的焊盘上设置逸气槽，焊膏加热形成的气体从逸气槽中逸出。其中，逸气槽可以通过刻蚀工艺处理在电路板的焊盘上刻蚀出具有一定深度的槽道作为逸气通道，槽道的具体形式需要根据不同的封装的外露焊盘形式和管脚的分布形式进行设计。作为一种可选的实现方式，电路板焊盘上的逸气槽可以被设计为十字交叉槽，具体的，十字交叉槽为由两条交叉的条形槽体形成，条形槽体的两端至少导通至该电路板的焊盘的盘边或盘角。

逸气槽的设计将电路板上原有的整体焊盘进行划分，形成了相互隔离的多个焊盘部，各个焊盘部相对于原有的整体焊盘的面积大大减小。在一方面，可以使高温焊接过程中焊膏受热挥发的气体逸出的路径缩短，另一方面，逸气槽为气体逸出提供了通道，进而使气体能够及时逸出，从而有效降低了焊接时的空洞率。

如图3所示，作为另一种可选的实现方式，芯片和电路板的焊接区为焊盘，可以在芯片的焊盘上设置逸气槽，焊膏加热形成的气体从逸气槽中逸出。其中，逸气槽可以通过刻蚀工艺处理在芯片的焊盘上刻蚀出具有一定深度的槽道作为逸气通道，槽道的具体形式需要根据不同的封装的外露焊盘形式和管脚的分布形式进行设计。作为一种可选的实现方式，芯片的焊盘上的逸气槽可以被设计为十字交叉槽，具体的，十字交叉槽为由两条交叉的条形槽体形成，条形槽体的两端至少导通至该芯片的焊盘的盘边或盘角。

图4为本申请提供的另一实施方式芯片焊盘开槽示意图。

与上述在电路板的焊盘上设置逸气槽原理相类似的，在芯片上设置逸气槽也能达到缩短高温焊接过程中焊膏受热挥发的气体逸出的路径，为气体逸出提供通道进而使气体能够及时逸出，从而有效降低了焊接时的空洞率的效果。

为了使逸气槽能够实现逸气的功能，需要确保在焊接过程中用于逸气的逸气槽通道不会被熔融态下的焊膏堵塞，确保逸气槽与外界环境连通。作为一种可选的实现方式，可以通过刻蚀芯片焊盘以及刻蚀塑封料来形成逸气槽，使得所述逸气槽在芯片与电路板贴合状态下也能够与外界连通。

本申请提供的芯片焊接装置通过配合使用真空环境以及逸气槽的方式，进一步降低了芯片焊接过程中的空洞率。基于逸气槽的作用，高温焊接过程中焊膏受热挥发的气体逸出的路径缩短，真空环境协助气体逸出的效果得到显著提升。在另一方面，高温焊接过程中焊膏受热挥发的气体可以通过逸气槽得到释放，防止焊膏在熔融状态下内部气泡破裂导致炸锡现象。

本申请提供的芯片焊接装置开创性地提出在芯片的焊盘上进行开槽，与传统的在电路板的焊盘上开槽作为逸气通道相比，在芯片的焊盘上进行开槽可以免去定制电路板的麻烦。这是因为在对芯片进行贴装使，需要对芯片的焊接位置进行设计，若要对电路板的焊盘进行开槽处理，则需要对电路板进行定制，使得电路板上的开槽位置与芯片贴装位置相匹配。而本申请提出的在芯片上进行开槽则可以免除对电路板的定制，提高了芯片的通用性。

如图2所示，作为一种可选的实现方式，平台5上设有固定支架4，电路板设置在该固定支架4上。固定支架4的作用在于进行芯片贴装时承载电路板，防止出现抖动。

作为一种可选的实现方式，本申请提供的芯片焊接装置还包括温度检测装置，用以检测焊接位置的温度。

本申请提供的芯片焊接装置使用方法如下：

将待焊接的芯片和电路板置于密封舱内；

启动红外加热装置2，对芯片和电路板的焊接位置进行加热，同时保持抽真空装置3工作，以使加热后从焊膏中形成的气体被抽出。

作为一种可选的实现方式，预设真空参数，真空参数包括以下参数中的一个或多个：真空度、抽真空时间、真空保持时间、常压充气时间。其中，真空度通过密封舱内的气压表征。抽真空时间表示达到预设真空度所需时间，通过对抽真空时间的设置，可以实现阶梯式分段抽真空，逐步降低密封舱内的气压。真空保持时间表示密封舱内维持在预设真空度的时间。常压充气时间为焊接结束后密封舱内气压回升到常压水平所需时间。

在对芯片和电路板进行加热之前，还包括对密封舱进行抽真空处理，使得密封舱内的真空度达到一预设的阈值。

根据焊膏的熔点温度设置焊接位置应该达到的温度，红外加热装置2持续加热至该预设的温度，并在该温度下维持一预设时间。

检测焊接位置的温度，红外加热装置根据焊接位置应该达到的温度和焊接位置的实际温度调整加热功率。以上，仅是本申请的较佳实施例而已，并非是对本申请作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本申请技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种芯片焊接装置，其特征在于，包括：

密封舱，其内部放置待焊接的芯片和电路板；

红外加热装置，该红外加热装置向所述芯片和电路板辐射能量以使芯片与电路板之间形成足够焊膏软化的温度；

抽真空装置，其具有设置于所述密封舱的任一舱壁上的抽气孔，该抽真空装置通过所述抽气孔，将所述密封舱中的气体抽至外部；

工作时，所述红外加热装置对芯片和电路板的焊接位置进行加热，所述抽真空装置同步工作，将焊膏加热形成的气体抽至外部。

2.如权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于：密封罩放置于平台上，所述密封罩与所述平台之间的空间形成所述密封舱。

3.如权利要求2所述的芯片焊接装置，其特征在于：所述密封罩与所述平台之间设置密封圈。

4.如权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于：所述红外加热装置为电红外加热器，设置于所述密封舱的内部，且位于正对所述芯片和电路板放置的位置的上方。

5.如权利要求2所述的芯片焊接装置，其特征在于：所述平台上设有固定支架，所述电路板设置在该固定支架上。

6.如权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于：所述芯片和所述电路板的焊接区为焊盘，至少所述芯片和所述电路板中的一个焊盘上设有逸气槽，所述焊膏加热形成的气体从所述逸气槽中逸出。

7.如权利要求6所述的芯片焊接装置，其特征在于：所述逸气槽为十字交叉槽，由两条交叉的条形槽体形成，所述条形槽体的两端至少导通至所述焊盘的盘边或盘角。

8.如权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于：根据焊膏的熔点温度设置所述焊接位置应该达到的温度。

9.如权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于：还包括温度检测装置，用以检测所述焊接位置的温度。

10.如权利要求8或9所述的芯片焊接装置，其特征在于：所述红外加热装置根据所述焊接位置应该达到的温度和所述焊接位置的温度调整加热功率。

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