CN217667093U - 一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置，属于封装技术领域，热压焊接装置包括：基座，所述基座具有一个工作平台，且工作平台上设置有：载物台，所述载物台上可承载一覆膜连接片；加热台，所述加热台可加热，且所述加热台上设置有一加热容置腔，所述加热容置腔可容置一芯片板；机械手，所述机械手活动设置工作台面的上方，且所述机械手可在载物台和加热台之间活动；其中，所述机械手可对一覆膜连接片作用，通过机械手使得覆膜连接片压合位于加热台上的芯片板上；达到大功率芯片电气连接简便，避免焊接若干焊线的技术效果。

Description

一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置

技术领域

本发明涉及封装技术领域，尤其涉及一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置。

背景技术

随着5G、新能源汽车，新能源装备，大数据中心，智能电网，轨道交通，航空航天等领域的高速发展，半导体芯片也迎来黄金时期，尤其是现在各种功率器件产品，体积小，功率大，对芯片的电气连接也提出了极大的挑战。

大功率芯片作为各种电子、电力产品的核心部件，其性能和品质直接影响整台设备的价值。因而，各芯片厂商都在大力提升芯片的性能和参数，而单位芯片上的输入电流和芯片的发热量，都在急剧上升，从而对芯片的电气连接要求越来越高。

现有的芯片电气连接，一般以金线、铝线、铜线、铜合金线连接为主，主要是通过焊线机实现芯片间、芯片与电路间的电气连接。针对一般功率芯片，现有传统成熟的焊线连接工艺能够满足其需求；但针对大功率、超大功率芯片，其芯片输入电流大、发热量高，按传统焊接工艺，需要焊接若干焊线，才能实现电气连接，其成本高、热量大、操作难度大等风险因素，逐渐成为大功率芯片电气连接的瓶颈。

所以，现有技术的技术问题在于：大功率芯片电气连接需焊接若干焊线。

发明内容

本申请实施例提供一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置，解决了现有技术中大功率芯片电气连接需焊接若干焊线的技术问题；达到大功率芯片电气连接简便，避免焊接若干焊线的技术效果。

本申请实施例提供一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置，所述热压焊接装置包括：基座，所述基座具有一个工作平台，且工作平台上设置有：载物台，所述载物台上可承载一覆膜连接片；加热台，所述加热台可加热，且所述加热台上设置有一加热容置腔，所述加热容置腔可容置一芯片板；机械手，所述机械手活动设置工作台面的上方，且所述机械手可在载物台和加热台之间活动；其中，所述机械手可对一覆膜连接片作用，通过机械手使得覆膜连接片压合位于加热台上的芯片板上。

作为优选，所述工作平台上还设置有：校准台，校准台的上方为工作区域。

作为优选，所述校准台设置在载物台和加热台之间；且所述载物台、校准台以及加热台依次一直线设置。

作为优选，所述机械手、基座或者加热台上设置有摄像头，通过摄像头确定芯片板上特定区域在加热容置腔上的位置。

作为优选，所述机械手的末端设置有一吸取头，通过吸取头吸附或压合所述覆膜连接片。

作为优选，所述基座和机械手之间设置有一框架，且所述机械手位于工作平台的正上方；且所述框架上设置有显示屏，通过显示屏显示机械手的工作状态。

一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接方法，所述热压焊接方法为：利用机械手、基座或加热台对位于加热台上的芯片板的位置进行扫描，并对扫描结果进行识别，得到芯片板上特定区域相对于加热台的位置的识别结果；驱动机械手运动到载物台获取覆膜连接片；驱动机械手将获取的覆膜连接片横移到校准台的工作范围内；利用机械手、基座或校准台对此时的覆膜连接片进行扫描，得到覆膜连接片相对于校准台的位置的识别结果；基于芯片板上特定区域相对于加热台的位置的识别结果，驱动机械手动作，以使得覆膜连接片相对于校准台的位置和姿态被校准；机械手带着覆膜连接片运动到加热台的上方，且覆膜连接片对应芯片板的特定区域；加热台处于对芯片板正常加热状态，机械手向下将覆膜连接片和芯片板压合在一起。

作为优选，所述热压焊接方法中覆膜连接片的下层为焊料层，覆膜连接片的上层为金属片；且所述覆膜连接片和芯片板压合时，焊料层和芯片板接触贴合。

作为优选，所述焊料层的材质具体为为锡膏、锡片或银浆；所述金属片的材质具体为铜、银、金或金属合金。

作为优选，所述基座或加热台对位于其中的芯片板进行扫描；且机械手同时相对于覆膜连接片动作。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本申请实施例中，通过构建一焊料层和金属片组合的覆膜连接片，利用热压焊接的方式将覆膜连接片置于芯片板上；且基于校准台，确保覆膜连接片可以精准的焊接在芯片板的特定区域上；解决了现有技术中大功率芯片电气连接需焊接若干焊线的技术问题；达到大功率芯片电气连接简便，避免焊接若干焊线的技术效果。

附图说明

图1为本申请实施例中一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置的轴测向结构示意图；

图2为本申请实施例中机械手移动到覆膜连接片的轴测向结构示意图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为本申请实施例中覆膜连接片的轴测向结构示意图；

图5为本申请实施例中机械手移动到校准台的轴测向结构示意图；

图6为图5中B处的放大图；

图7为本申请实施例中机械手移动到加热台的轴测向结构示意图；

图8为图7中C处的放大图。

附图标记：1、基座；11、载物台；2、框架；3、机械手；31、吸取头； 4、校准台；41、台主体；42、校准腔；5、加热台；51、加热容置腔；6、显示屏；7、控制系统；8、覆膜连接片；81、焊料层；82、金属片；9、芯片板。

具体实施方式

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了解决上述大功率芯片电气连接的瓶颈问题，本发明的“一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接工艺”，从根本上解决了传统大功率芯片电气连接弊端，将带有高导热焊料层的覆膜连接片通过精密校准系统和精准热压系统，实现大功率芯片的电气连接。而覆膜连接片由于是高导热金属片材，具有通超大电流的能力，且同时是由于热压焊接工艺，其连接强度高、不易断裂，还能更好的将通电时产生的热量传递到芯片板上，实现更好的导热性能。因此，这种具有大电流、高导热、高连接强度、高可靠性特点的新型大功率芯片电气连接热压焊接工艺，极大地解决了大功率芯片电气连接的瓶颈问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置，参考说明书附图1，热压焊接装置包括：基座1、加热台5以及机械手3，基座1上具有一个工作平台，利用机械手3在往复工作平台，将覆膜连接片8放置在芯片板9上，并将覆膜连接片8压合在芯片板9上。

需要说明的是，参考说明书附图2-3，为了承载若干的覆膜连接片8，优选在基座1上设置承载台；利用承载台承载若干片覆膜连接片8，以便于减少加料次数。

加热台5，参考说明书附图7-8，加热台5优选固定设置在基座1上，加热台5可加热，且加热台5上设置有一加热容置腔51，加热容置腔51可容置一芯片板9；基于加热台5对芯片板9加热，以使得覆膜连接片8可以直接热压在芯片板9上。

机械手3，参考说明书附图2，用于获取覆膜连接片8，向下覆膜连接片 8以及设备覆膜连接片8、芯片板9的位置。机械手3活动设置工作台面的上方，且机械手3可在载物台11和加热台5之间活动。可以理解的是，基座1 和机械手3之间设置有一框架2，且机械手3位于工作平台的正上方；且框架 2上设置有显示屏6和控制软件，控制软件和机械手3、显示屏6电性连接，通过显示屏6显示机械手3的工作状态，或实时显示热压焊接动态参数和相关图像。

关于机械手3获取覆膜连接片8，优选机械手3的末端设置有一吸取头 31，吸取头31耐高温，以便于热压焊接；通过吸取头31吸附或压合覆膜连接片8。

为了保证覆膜连接片8压合在芯片板9上的位置精准，基座1的工作平台上还设置有一校准台4。

校准台4，参考说明书附图4-5，用于校准机械手3获取覆膜连接片8的姿态。校准台4上具有一校准腔42，校准腔具有定位点，且校准腔42向上为工作范围，工作范围内覆盖一覆膜连接片8。校准台4设置在载物台11和加热台5之间；且载物台11、校准台4以及加热台5依次一直线设置。具体的，校准台4可以为Mark校准子系统

一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接方法，热压焊接方法包可：

S1；利用机械手3、基座1或加热台5对位于加热台5上的芯片板9的位置进行扫描，并对扫描结果进行识别，得到芯片板9上特定区域相对于加热台5的位置的识别结果；

S2；驱动机械手3运动到载物台11获取覆膜连接片8；

S3；驱动机械手3将获取的覆膜连接片8移动到校准台4的工作范围内；

S4；利用机械手3、基座1或校准台4对此时的覆膜连接片8进行扫描，得到覆膜连接片8相对于校准台4的位置的识别结果；基于芯片板9上特定区域相对于加热台5的位置的识别结果，驱动机械手3动作，以使得覆膜连接片8相对于校准台4的位置和姿态被校准；

S5；机械手3带着覆膜连接片8运动到加热台5的上方，且覆膜连接片8 对应芯片板9的特定区域；

S6；加热台5处于对芯片板正常加热状态，机械手3向下将覆膜连接片8 和芯片板9压合在一起；达到覆膜连接片8和芯片板9上的芯片、电路电气连接的目的。

关于覆膜连接片8，热压焊接方法中覆膜连接片8的下层为焊料层81，覆膜连接片8的上层为金属片；且覆膜连接片8和芯片板9压合时，焊料层81和芯片板9接触贴合。具体来说，焊料层81的材质具体为为锡膏、锡片或银浆，银浆可以是高导热银浆、纳米银浆；金属片82的材质具体为铜、银、金或金属合金，其形状、厚度、宽度可变，可通过激光加工、模切加工等成型。焊料层81和金属片82之间可通过点胶、喷胶、丝网印刷、压焊等方式，加工成一个整体。

关于S2，机械手3获取覆膜连接片8的方式可以是吸附，也可以是抓取，也可以是其他可带动覆膜连接片8运动的方式。且为了便于后期校准覆膜连接片的位置和姿态，优选机械手可以旋转、调整倾斜角度。

关于S3，校准台4的工作范围具体可以是校准台的正上方区域。

关于S4，机械手3拾取覆膜连接片8后,移至校准台4的上方进行位置校准，校准时，将覆膜连接片8此时的位置和姿态与芯片板9上需要放置的特定区域进行对比，得出此时覆膜连接片8所需要调整的幅度和程度；具体的调整过程是是机械手3根据对比结果进行移动或转动，也可以增加倾斜角调整；以获取到最佳姿态(过程中，不用将覆膜连接片8放下来)。且保证校准后的覆膜连接片8在被机械手3带动一个固定距离后(优选为一直线路径，以便于保持机械手3的运动精准度)，可以位于特定区域的正上方。

在另一个实施例中，在S1、S4中，优选机械手3上设置摄像头，基于 CCD识别，使得机械手3可以识别覆膜连接片8在校准台4上的位置，且机械手3可识别覆膜连接片8放置在芯片板9上的位置。

在另另一个实施例中，加热台5可以设置定位功能，以限定芯片板9的位置。

关于S5，然后将吸附覆膜连接片8的机械手3移至加热台上方的特定区域，以对应芯片板9上的特定区域。优选，这时加热台5已经加热，机械手3 不需要等待，也不需要将覆膜连接片8事先放下来。

关于S6，加热台优选在机械手将覆膜连接片8带来之前进行加热，通过预热以缩短首次操作时间，且之后的操作中，加热台一直保持加热状态。机械手3内部设置有伺服马达，控制软件控制内部伺服马达进行已经编程的高度控制运行和压力时间保持等，与加热台5共同实现定时、定压、定位的高可靠电气连接热压焊接。需要说明的是，位于加热台5中的芯片板9具有充足、恒定的热能要求，且能承受10Mpa/cm2以上的压力强度，以保证相应的热压温度和压力条件。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种应用于大功率芯片电气连接的热压焊接装置，其特征在于，所述热压焊接装置包括：

基座(1)，所述基座(1)具有一个工作平台，且工作平台上设置有：

载物台(11)，所述载物台(11)上可承载一覆膜连接片(8)；

加热台(5)，所述加热台(5)可加热，且所述加热台(5)上设置有一加热容置腔(51)，所述加热容置腔(51)可容置一芯片板(9)；

机械手(3)，所述机械手(3)活动设置工作台面的上方，且所述机械手(3)可在载物台(11)和加热台(5)之间活动；

其中，所述机械手(3)可对一覆膜连接片(8)作用，通过机械手(3)使得覆膜连接片(8)压合位于加热台(5)上的芯片板(9)上。

2.如权利要求1所述的热压焊接装置，其特征在于，所述工作平台上还设置有：

校准台(4)，所述校准台(4)的上方为工作区域。

3.如权利要求2所述的热压焊接装置，其特征在于，所述校准台(4)设置在载物台(11)和加热台(5)之间；且所述载物台(11)、校准台(4)以及加热台(5)依次直线设置。

4.如权利要求1所述的热压焊接装置，其特征在于，所述机械手(3)、基座(1)或者加热台(5)上设置有摄像头，通过摄像头确定芯片板(9)上特定区域在加热容置腔(51)上的位置。

5.如权利要求1所述的热压焊接装置，其特征在于，所述机械手(3)的末端设置有一吸取头(31)，通过吸取头(31)吸附或压合所述覆膜连接片(8)。

6.如权利要求1所述的热压焊接装置，其特征在于，所述基座(1)和机械手(3)之间设置有一框架(2)，且所述机械手(3)位于工作平台的正上方；且所述框架(2)上设置有显示屏(6)，通过显示屏(6)显示机械手(3)的工作状态。

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