CN218781631U

CN218781631U - 一种烧结装置

Info

Publication number: CN218781631U
Application number: CN202223182837.1U
Authority: CN
Inventors: 田天成; 王建龙
Original assignee: Suzhou Baosman Semiconductor Equipment Co ltd
Current assignee: Suzhou Baosman Semiconductor Equipment Co ltd
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2032-11-29

Abstract

本实用新型公开了一种烧结装置，包括气缸和压头，当所述气缸水平地推动压头压紧芯片时，所述压头会对芯片施加压力，还会将加热单元的温度传递给芯片，以实现高压高温烧结；本实用新型解决了高压气体带来的安全性问题和高温带来的密封件寿命降低的问题，还提高了设备的稳定性；同时使用方法简便。

Description

一种烧结装置

技术领域

本实用新型属于半导体银烧结相关技术领域，具体涉及一种烧结装置。

背景技术

在半导体功率模块中，需要将芯片烧结到敷铜陶瓷基板上，在这个过程中，由于芯片和敷铜陶瓷基板之间设置有银膏，只有通过高温和一定压强才能将芯片烧结到敷铜陶瓷基板上。

现有技术中，烧结通常采用硅胶或者高压气体对力进行传递，然后对功率器件进行烧结，但是，当在批量生产时，将不能发挥作用；部分技术中虽然采用高压气体或气囊对产品进行烧结，但是其塑料密封部件只能承受较小的温度和压力，当需要使用到的烧结温度较高或者压力较大时，就会对该密封件的寿命产生影响，且当高压气体发生泄漏，高压气体或气囊存在安全隐患。

现有的，例如公开号CN109676139A，公开了一种功率器件纳米颗粒烧结封装夹具，该装置通过模具夹紧机构、力放大机构等对功率器件进行烧结，灵活性较差且结构不稳定。

为此，我们研发了一种既能对产品进行批量生产又能解决高压气体带来的安全性问题以及高温带来的密封件寿命降低问题的烧结装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种烧结装置，以解决上述背景技术中提出的现有的烧结装置不能对产品进行批量生产以及现有的烧结装置使用高压气体安全性不高且高温会将密封件寿命降低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种烧结装置，包括导杆座和芯片基座，所述导杆座内部至少设置有一个导杆，所述导杆座内部还设置有加热单元；所述芯片基座上用来放置芯片；所述导杆底部上设置有压头，所述导杆顶部上连接有连杆；所述连杆远离导杆的一端上连接有气缸；当所述气缸运动时，能带动对应的压头竖直地上下运动；当所述气缸推动对应的压头压紧芯片时，所述压头不仅对芯片施加压力，还会将加热单元的温度传递给芯片，以实现高压高温烧结。

优选的，每个所述压头分别安装在压头基座内部的通道中，并可以相对于压头基座进行上下移动。

优选的，所述压头基座顶部上设置有导杆座，所述导杆座顶部上设置有连杆基座，所述导杆座内部开设有直线轴承，所述直线轴承呈垂直设置，所述直线轴承内部可供导杆进行上下滑动。

优选的，所述连杆上开设有旋转轴连接孔，所述旋转轴连接孔内设置有旋转轴且旋转轴贯穿于旋转轴连接孔；所述连杆通过旋转轴连接在连杆基座上，以便连杆可以相对于旋转轴进行旋转。

优选的，每个所述气缸分别设置于对应的气缸基座内部，所述气缸基座上开设有主导气腔，工作时，所述主导气腔与所有气缸同步配合，主导气腔充气使所有气缸同步进行顶升,带动所有压头同步对所有芯片进行压紧。

优选的，所述气缸基座上依次开设有多个主导气腔；每个主导气腔能与对应的气缸模组的每个气缸同步配合，工作时，每个所述主导气腔与对应的气缸模组配合，所述主导气腔驱动对应的气缸模组的每个气缸运动，能带动气缸模组对应的压头同步对对应的芯片进行压紧。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种烧结装置及其使用方法，具备以下有益效果：

本实用新型通过设计的的气缸、连杆、导杆和旋转轴，气缸、连杆、导杆和旋转轴的互相配合，构成了机械结构的烧结传动装置，可以将芯片烧结至陶瓷基板上，不仅解决了高压气体带来的安全性问题和高温带来的密封件寿命降低的问题，还提高了设备的稳定性；

本实用新型在对芯片进行烧结时，每个被烧结产品均采用的单独的压头，且每个压头的压力均可以被检测到，实现闭环控制，使得烧结压力均匀；

本实用新型在气缸单元设置有可以控制的进气孔，从而可以根据需求，通过电磁阀控制每个腔室是否需要进气，或者可以单独控制每个气缸是否需要进气，这样，可以根据需求的烧结芯片的个数、布局来控制对应的气缸是否需要通气，实现气源合理利用，节省资源；

本实用新型气缸单元还可以更换为单独的电机驱动单元，每个压头通过单独的电机驱动进行烧结，做到精准控制。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制，在附图中：

图1为本实用新型所述的烧结装置整体立体结构示意图；

图2为本实用新型所述的烧结装置处于工作时的结构示意图；

图3为本实用新型所述的烧结装置中导杆座的立体结构示意图；

图4为本实用新型所述的烧结装置中导杆座的剖视结构示意图；

图5为本实用新型所述的烧结装置中气缸传动示意图；

图6为本实用新型所述的烧结装置中气缸基座的剖视结构示意图；

图7为本实用新型所述的烧结装置中主导气腔的立体结构示意图；

图8为本实用新型所述的烧结装置中第一导气腔的立体结构示意图；

图中：1、压头基座；2、压头；3、导杆座；4、芯片；5、芯片基座；6、气缸基座；7、连杆基座；8、压紧组件；801、气缸；802、连杆；803、旋转轴连接孔；804、导杆；9、旋转轴；10、直线轴承；11、主导气腔；13、第一导气腔；1301、第一气缸模组；14、第二导气腔；1401、第二气缸模组；15、第三导气腔；1501、第三气缸模组；16、第四导气腔；1601、第四气缸模组；17、第五导气腔；1701、第五气缸模组。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-8，本实用新型提供一种技术方案：一种烧结装置，包括压头2和压紧组件8，所述压头2上端安装在压头基座1中，并可以相对于压头基座1上下移动；所述压头基座1顶部上设置有导杆座3；所述导杆座3顶部上设置有连杆基座7，所述导杆座3内部开设有直线轴承10，所述导杆座3内部还设置有加热单元，在烧结时，压头2在压紧芯片4到DBC敷铜陶瓷基板上的同时还将热传递给芯片4，部分实现高温有压烧结；所述连杆基座7底部上安装有气缸基座6，所述气缸基座6和导杆座3设置的长度、宽度和高度均一致，且所述气缸基座6和导杆座3呈对称设置。

本实施例中，所述压头2的数量设为多个，所述压头2正下方设置有一一对应的芯片4，用来对芯片4进行压紧作业；所述芯片4设置于DBC敷铜陶瓷基板(未示出)上，DBC敷铜陶瓷基板上安装于芯片基座5顶部的凹槽(未示出)上，芯片4和DBC敷铜陶瓷基板接触面有银膏(未示出)，芯片4、DBC敷铜陶瓷基板和银膏组成的整体具有弹性，其整体的反作用力可将压头2进行复位；

应用时，所述压头2远离芯片4的一端上安装有导杆804；所述导杆804设置于直线轴承10内部，以便导杆804可以在直线轴承10中上下顺畅滑动；所述压紧组件8主要由气缸801、连杆802、旋转轴连接孔803和导杆804组成，所述压紧组件8的数量设为多组；所述连杆802一端连接于气缸801的输出端上，所述连杆802另一端上连接有导杆804；所述导杆804远离连杆802的一端安装有压头2，所述连杆802远离气缸801的位置上开设有旋转轴连接孔803，所述旋转轴连接孔803内设置有旋转轴9，以便旋转轴9安装于旋转轴连接孔803内且旋转轴9可以在旋转轴连接孔803内进行转动，所述连杆802通过旋转轴9连接在连杆基座7上；所述连杆802的两个端部设置为圆角，在连杆802与导杆804和气缸801轴端连接时，始终保持线接触。

本实施例中，所述气缸基座6侧面上开设有主导气腔11，所述主导气腔11通过电磁阀(未示出)控制气缸801，电磁阀控制主导气腔11的进气，以便对于气缸801进行控制。

本实施例中，所述气缸基座6侧面上依次开设有第一导气腔13、第二导气腔14、第三导气腔15、第四导气腔16和第五导气腔17，所述第一导气腔13通过电磁阀控制第一气缸模组1301，电磁阀控制第一导气腔13的进气，以便对于第一气缸模组1301进行控制；所述第二导气腔14通过电磁阀控制第二气缸模组1401，电磁阀控制第二导气腔14的进气，以便对于第二气缸模组1401进行控制；所述第三导气腔15通过电磁阀控制第三气缸模组1501，电磁阀控制第三导气腔15的进气，以便对于第三气缸模组1501进行控制；所述第四导气腔16通过电磁阀控制第四气缸模组1601，电磁阀控制第四导气腔16的进气，以便对于第四气缸模组1601进行控制；所述第五导气腔17通过电磁阀控制第五气缸模组1701，电磁阀控制第五导气腔17的进气，以便对于第五气缸模组1701进行控制。

所述烧结装置的第一种使用方法，包含以下步骤：

S1.工作人员手动或通过机械手将待烧结的芯片4依次的放置在位于芯片基座5上的DBC敷铜陶瓷基板上面；

S2.待芯片4放置完成后，通过传动结构(未示出)将压头基座1和芯片基座5进行合模；

S3.待压头基座1和芯片基座5进行合模完成后，若需要一次性的将所有芯片4烧结至DBC敷铜陶瓷基板上面；电磁阀会启动，紧接着气体进入到主导气腔11，进而对气缸801进行控制；气缸801轴端会向上施加压力，然后通过连杆802将力传递给导杆804上，连杆802通过杠杆原理可将力放大数倍；当力传递给导杆804后，导杆804在直线轴承10中向下推动所有压头2下移，位于导杆座3中的加热单元(未示出)会对导杆804进行加热，在烧结时，压头2在压紧芯片4到DBC敷铜陶瓷基板的同时还将热传递给芯片4，实现高温有压烧结；

所述烧结装置的第二种使用方法，包含以下步骤：

S3.待压头基座1和芯片基座5进行合模完成后，

S4.待压头基座1和芯片基座5进行合模完成后，若需要将此纵列的芯片4烧结至DBC敷铜陶瓷基板上面；电磁阀会启动，紧接着气体进入到第一导气腔13，进而对第一气缸模组1301进行控制；第一气缸模组1301轴端向上施加压力，通过连杆802将力传递给导杆804上，其通过杠杆原理可将力放大数倍；当力传递给导杆804后，导杆804在直线轴承10中向下推动此纵列的芯片4对应的压头2下移，以实现一个纵列的芯片4同步被压紧；压紧后，位于导杆座3中的加热单元(未示出)会对导杆804进行加热，在烧结时，压头2在压紧芯片4到DBC敷铜陶瓷基板的同时还将热传递给芯片4，实现高温有压烧结；其它纵列芯片4烧结的过程同上述相同，不再赘述；

所述烧结装置的第三种使用方法，包含以下步骤：

S3.待压头基座1和芯片基座5进行合模完成后，所述气缸运动带动对应的压头竖直地上下运动；所述气缸能推动对应的压头压紧对应的芯片；

S4.当所述气缸推动对应的压头压紧对应的芯片时，所述压头不仅对芯片施加压力，还会将加热单元的温度传递给芯片，以实现高压高温烧结。

特别说明：所述气缸801可以更换为单独的电机驱动单元（未示出）。

具体工作时,工作人员手动或通过机械手将待烧结的芯片4依次的放置在位于芯片基座5上的DBC敷铜陶瓷基板上面，然后通过传动结构将压头基座1和芯片基座5进行合模，这时电磁阀会启动，紧接着气体进入到主导气腔11，进而对气缸801进行控制，气缸801轴端向上施加压力，然后通过连杆802将力传递给导杆804上，连杆802通过杠杆原理可将力放大数倍；当力传递给导杆804后，导杆804在直线轴承10中向下推动所有压头2下移，位于导杆座3中的加热单元(未示出)会对导杆804进行加热，在烧结时，压头2在压紧芯片4到DBC敷铜陶瓷基板的同时还将热传递给芯片4，实现高温有压烧结，待一轮烧结完成后，由于芯片4和DBC敷铜陶瓷基板接触面有银膏(未示出)，芯片4、DBC敷铜陶瓷基板和银膏组成的整体具有弹性，其整体的反作用力可将压头2进行复位，便于进行下一次烧结作业。

与现有技术相比，本实用新型具备以下有益效果：

本实用新型中气缸单元还可以更换为单独的电机驱动单元，每个压头通过单独的电机驱动进行烧结，做到精准控制。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种烧结装置，包括导杆座和芯片基座，其特征在于：所述导杆座内部至少设置有一个导杆，所述导杆座内部还设置有加热单元；所述芯片基座上用来放置芯片；所述导杆底部上设置有压头，所述导杆顶部上连接有连杆；所述连杆远离导杆的一端上连接有气缸；当所述气缸运动时，能带动对应的压头竖直地上下运动；当所述气缸推动对应的压头压紧芯片时，所述压头不仅对芯片施加压力，还会将加热单元的温度传递给芯片，以实现高压高温烧结。

2.根据权利要求1所述的烧结装置，其特征在于：每个所述压头分别安装在压头基座内部的通道中，并可以相对于压头基座进行上下移动。

3.根据权利要求2所述的烧结装置，其特征在于：所述压头基座顶部上设置有导杆座，所述导杆座顶部上设置有连杆基座，所述导杆座内部开设有直线轴承，所述直线轴承呈垂直设置，所述直线轴承内部可供导杆进行上下滑动。

4.根据权利要求1所述的烧结装置，其特征在于：所述连杆上开设有旋转轴连接孔，所述旋转轴连接孔内设置有旋转轴且旋转轴贯穿于旋转轴连接孔；所述连杆通过旋转轴连接在连杆基座上，以便连杆可以相对于旋转轴进行旋转。

5.根据权利要求1所述的烧结装置，其特征在于：每个所述气缸分别设置于对应的气缸基座内部，所述气缸基座上开设有主导气腔，工作时，所述主导气腔与所有气缸同步配合，主导气腔充气使所有气缸同步进行顶升,带动所有压头同步对所有芯片进行压紧。

6.根据权利要求1所述的烧结装置，其特征在于：所述气缸基座上依次开设有多个主导气腔；每个主导气腔能与对应的气缸模组的每个气缸同步配合，工作时，每个所述主导气腔与对应的气缸模组配合，所述主导气腔驱动对应的气缸模组的每个气缸运动，能带动气缸模组对应的压头同步对对应的芯片进行压紧。