CN219336575U - 焊接定位工装 - Google Patents

Abstract

本申请涉及基板封装技术领域，具体提供了一种焊接定位工装，包括第一定位板、第二定位板、第三定位板、压块；在第一定位板上设有定位槽；在第二定位板上设有第一定位孔，第二定位板位于第一定位板上侧且第一定位孔与定位槽相对正，第一定位孔用于容纳定位围框，围框底部与基板之间还用于设置第一焊片；第三定位板上开设第二定位孔，第三定位板用于装配在围框内，第二定位孔用于容纳芯片且芯片与基板之间还用于设置第二焊片；压块用于同时按压围框和芯片。旨在解决现有技术中存在的由于没有能够对芯片和围框同时定位的工装，芯片共晶烧结不能够与基板围框焊接同时进行，而对产品的可靠性造成影响的技术问题。

Description

焊接定位工装

技术领域

本申请涉及基板封装技术领域，更具体地说，是涉及一种焊接定位工装。

背景技术

近年来随着电子信息领域全面向系统化、小型化、高集成及高可靠性的方向不断发展，LTCC/HTCC在推动这个发展趋势的过程中，发挥了极大的作用，一方面LTCC/HTCC可通过内埋电路和部分功能电子元件(电阻、电容、电感、互连线等)，极大的提高了产品的内部系统化和集成度；另一方面LTCC/HTCC在耐极限温度、介电常数、热膨胀率上，相对于传统PCB基板，各项参数表现更加优异，在高附加值和高可靠性产品领域中所占的比重逐年提升，从行业发展趋势来看，LTCC/HTCC行业有较大上升空间。

基于LTCC/HTCC基板的封装产品，在微组装的工程中，会涉及到芯片共晶焊接、阻容感回流焊、金丝键合、围框焊接、封盖等工艺，其中芯片共晶焊接和围框焊接是决定产品质量的两个重要工艺。

芯片共晶焊接和围框焊接是LTCC/HTCC组件产品的两个不同工序，芯片共晶焊接是采用熔点比母材熔点低的合金焊料，将LTCC/HTCC基板、芯片焊接面和合金焊料加热到高于合金焊料熔点，低于母材熔化温度，利用液态合金焊料润湿母材，填充界面间隙并与母材相互扩散实现连接，焊接空洞大小会影响产品电性能和可靠性。围框焊接工艺与芯片共晶工艺利用原理相同，焊接的对象变为基板与围框的连接面，同样采用合金焊料，浸润基板与围框，从而完成基板与围框的互联，焊料是否充分浸润，对产品的气密性有决定作用。

在现有的工艺中，由于没有能够对芯片和围框进行同时定位的工装，芯片共晶烧结(即芯片共晶焊接)不能够与围框基板焊接同时进行，芯片共晶烧结是在围框基板焊接之前，采用焊料均为行业中广泛使用的金锡合金体系焊片，围框基板焊接在芯片共晶工序之后，进行围框焊接时产品会被再次加热到金锡焊片熔点之上30～50℃，这就意味着芯片共晶工序形成的合金焊料会再次融化，完成共晶烧结的芯片和基板之间的焊料合金层会被破坏，从而对产品的可靠性造成影响。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种焊接定位工装，旨在解决现有技术中存在的由于没有能够对芯片和围框同时定位的工装，芯片共晶烧结不能够与围框基板焊接同时进行，而造成的在围框焊接时共晶烧结的芯片和基板之间的焊料合金层会被破坏，从而对产品的可靠性造成影响的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是提供一种焊接定位工装，包括：

第一定位板，在所述第一定位板上设有用于容纳且定位基板的定位槽；

第二定位板，在所述第二定位板上设有第一定位孔，所述第二定位板位于第一定位板上侧且所述第一定位孔与所述定位槽相对正，所述第一定位孔用于容纳围框以使围框在基板上定位，所述围框底部与所述基板之间还用于设置第一焊片；

第三定位板，所述第三定位板上开设第二定位孔，所述第三定位板用于装配在所述围框内以使所述第二定位孔对正基板上的芯片焊接位，所述第二定位孔用于容纳芯片且芯片与所述基板的芯片焊接位之间还用于设置第二焊片；以及

压块，所述压块用于同时按压所述围框和所述芯片。

在其中一个实施例中，所述定位槽、所述第一定位孔、所述第二定位孔均为矩形形状，所述定位槽、所述第一定位孔、所述第二定位孔的端角处还设有弧形的让位缺口。

在其中一个实施例中，所述定位槽为多个且在所述第一定位板上呈多排多列的形式设置，所述第二定位板上的第一定位孔为多个且与所述定位槽一一对应设置。

在其中一个实施例中，所述第三定位板包括板本体和连接在板本体的板边处的凸出部，所述凸出部用于抵接所述围框的内壁。

在其中一个实施例中，所述焊接定位工装还包括第四定位板，所述第四定位板上开设第三定位孔，所述第四定位板设于所述第二定位板上侧且所述第三定位孔与所述第一定位孔相互对正，所述压块设置在所述第三定位孔内。

在其中一个实施例中，所述压块包括块体和设置在所述块体下部的按压凸起，所述块体用于按压所述围框，所述按压凸起用于按压所述芯片。

在其中一个实施例中，所述第一定位板、第二定位板和第四定位板在竖直方向上依次罗列设置，所述第一定位板与第二定位板之间、所述第二定位板与所述第四定位板之间均通过插接设置的定位销和插槽实现叠加定位。

在其中一个实施例中，在所述第一定位板、所述第二定位板、所述第四定位板的板边处均开设有夹持槽。

在其中一个实施例中，所述第一定位板、所述第二定位板、所述第三定位板、所述第四定位板、所述压块的材质均为石墨。

在其中一个实施例中，所述基板的材质为陶瓷。

本申请提供的焊接定位工装的有益效果在于，本工装能够实现对围框与基板、芯片与基板的同时定位，以使芯片共晶烧结和围框焊接能够同时进行，保证了产品质量，具体为通过第一定位板上的定位槽首先定位基板，然后将围框放入到第一定位孔内，由于第一定位孔和定位槽相互对正，所以围框在基板上的位置得到了定位，本装置还设置了第三定位板，其具有第二定位孔，第三定位板定位在围框内，以使第二定位孔对正基板上的芯片焊接位，芯片放置到第二定位孔内时则自动对正焊接位，并且还通过压块分别将围框和芯片压紧，此时将工装放到气氛炉炉膛内，以使第一焊片和第二焊片融化实现焊接连接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的焊接定位工装的爆炸结构示意图；

图2为图1中第一定位板的结构示意图；

图3为图1中第二定位板的结构示意图；

图4为图1中第三定位板的结构示意图；

图5为图1中第四定位板的结构示意图；

图6为图1中压块的结构示意图。

图中，1、第一定位板；2、定位槽；3、第二定位板；4、第一定位孔；5、围框；6、第一焊片；7、基板；8、第三定位板；9、第二定位孔；10、芯片；11、第二焊片；12、压块；13、块体；14、按压凸起；15、让位缺口；16、板本体；17、凸出部；18、第四定位板；19、第三定位孔；20、定位销；21、夹持槽。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1-图4以及图5，本申请提供了一种焊接定位工装的具体实施例，包括第一定位板1、第二定位板3、第三定位板8、压块12。

在第一定位板1上设有用于容纳且定位基板7的定位槽2。

在第二定位板3上设有第一定位孔4，第二定位板3位于第一定位板1上侧且第一定位孔4与定位槽2相对正，第一定位孔4用于容纳围框5以使围框5在基板7上定位，围框5底部与基板7之间还用于设置第一焊片6；

第三定位板8上开设第二定位孔9，第三定位板8用于装配在围框5内以使第二定位孔9对正基板7上的芯片焊接位，第二定位孔9用于容纳芯片10且芯片10与基板7的芯片10焊接位之间还用于设置第二焊片11；压块12用于同时按压围框5和芯片10。

具体地，本实施例中的焊接定位工装是这样进行使用的，首先将第一定位板1平放，然后将基板7放置在定位槽2内，基板7放置在定位槽2内的时候，基板7的板边会抵接定位槽2的槽壁，使得基板7不能够移动，实现基板7的定位。然后将第二定位板3放置在第一定位板1的上侧，具体可以为贴合设置也可以保持一定间隙，此时第一定位孔4与定位槽2相互对正。然后将围框5放置在第一定位孔4内，实现对围框5的定位。

具体可以这样设置，定位槽2的形状与基板7的形状相适配，第一定位孔4的形状与围框5的外轮廓相适配，这样当围框5放到第一定位孔4内的时候，围框5的底部正好对正基板7需要焊接围框5的边缘部位置，这样实现了围框5与基板7之间的定位。当然为了实现焊接，围框5的底部与基板7之间设置第一焊片6，第一焊片6的形状与围框5的底部形状相同。

芯片10与基板7之间的定位是这样实现的，第三定位板8用于放置在已定位的围框5内，第三定位板8放置在围框5内的时候也实现了第三定位板8的定位，而此时第三定位板8上的第二定位孔9正好对准基板7上需要焊接芯片10的焊接位，然后再将芯片10放到第二定位孔9内，实现芯片10与基板7之间的定位，而芯片10与基板7之间设置第二焊片11，以实现芯片10与基板7的焊接。

当围框5与基板7之间、芯片10与基板7之间实现定位之后将本工装放到气氛炉内，气氛炉设定温度，使第一焊片6和第二焊片11融化实现焊接连接。芯片共晶烧结也就是芯片共晶焊接，其与围框焊接一样都是通过放置在气氛炉内进行加温，实现第一焊片6和第二焊片11的融化以使芯片与基板、围框与基板连接。第一焊片6与围框5的框体截面形状相同，设置在围框5底部。

而为了加强焊接效果，本实施例还设置了压块12，压块12同时按压围框5和芯片10，以使焊接的时候焊接面具有一定的压力，避免产生焊接空洞。

所以本实施例提供的焊接定位工装能够实现对围框5与基板7、芯片10与基板7的同时定位，以使芯片共晶烧结和围框焊接能够同时进行，保证了产品质量。

如图1-图4，在本实施例中，一般基板7为矩形，芯片10以及围框5也为矩形，所以相适配地，定位槽2、第一定位孔4、第二定位孔9均为矩形形状，定位槽2、第一定位孔4、第二定位孔9的端角处还设有弧形的让位缺口15。

当基板7放置在定位槽2内、围框5放置在第一定位孔4内、芯片10放置在第二定位孔9内时均不能够移动，实现定位。

为了方便取放，所以还在定位槽2、第一定位孔4和第二定位孔9端角处还设有让位缺口15，同时让位缺口15还可以作为焊接时的排气通道，因为焊片融化时会产生一定量的废气。

如图2和图3，作为进一步地实施方式，定位槽2为多个且在第一定位板1上呈多排多列的形式设置，第二定位板3上的第一定位孔4为多个且与定位槽2一一对应设置。

为了实现对多组基板7的焊接，所以设置多个定位槽2用来容纳多个基板7，同时设置多个第一定位孔4分别与定位槽2一一对正，每个第一定位孔4内均设置围框5，每个围框5内均设置第三定位板8以及相应的芯片10，这样大大提高了焊接的效率。

如图4，本实施例中，第三定位板8包括板本体16和连接在板本体16的板边处的凸出部17，凸出部17用于抵接围框5的内壁。

本实施方式中的第三定位板8包括板本体16和凸出部17，板本体16上开设第二定位孔9，用于容纳芯片10，而第三定位板8在围框5内的设置形式为通过板边的凸出部17抵接围框5内壁，也实现了第三定位板8的定位，这样设置节省了材料。具体地，当第三定位板8为矩形的时候，凸出部17分别设置在第三定位板8的四个板边的中间位置。

如图5和图1，可以理解的是，压块12的作用在于对围框5和芯片10进行同时按压，为了使压块12能够准确的对围框5和芯片10进行按压，本实施例还提供了用于对压块12进行定位的第四定位板18，第四定位板18上开设第三定位孔19，第四定位板18设于第二定位板3上侧且第三定位孔19与第一定位孔4相互对正，压块12设置在第三定位孔19内。

具体地，第四定位板18位于第二定位板3上侧，可以与第二定位板3相贴合或者具有一定间距，此时第三定位孔19与第一定位孔4以及定位槽2相互对正，压块12设置在第三定位孔19内实现定位，可以与围框5和芯片10对正，从而对两者同时进行按压。第三定位孔19也可以为矩形，且在端角处也可以设置弧形的让位缺口15，配合定位槽2以及第一定位孔4的让位缺口15上下贯通起到排废气的作用。

如图1和图6，进一步地，由于围框5和芯片10不在同一高度上，为了实现压块12对两者的同时按压，压块12包括块体13和设置在块体13下部的按压凸起14，块体13用于按压围框5，按压凸起14用于按压芯片10。

具体地，块体13的外轮廓形状可以设置成与围框5的外轮廓形状相适配，当块体13设置在第三定位孔19内时，与围框5对正，以对围框5进行按压，而第三定位孔19和第一定位孔4的形状可以分别设置成与压块12外轮廓、围框5外轮廓相适配的形状，使围框5正好装配在第一定位孔4内，压块12正好装配在第三定位孔19，而压块12外轮廓正好与围框5外轮廓对齐，实现对正按压。

由于芯片10设置在围框5内，且高度较低，所以在块体13的下表面设置按压凸起14，当块体13放置在围框5上的时候，按压凸起14正好伸入到围框5内，从而对芯片10进行按压。

所以本实施方式实现了压块12对围框5和芯片10的同时对正按压。

需要说明的是，对围框5和芯片10的按压力度不宜过大也不宜过小，可调节压块12的重量以实现适配按压。具体可以在块体13的上表面添加结构以增加重量或者去除结构以减小重量。

如图1，在本实施例中，第一定位板1、第二定位板3和第四定位板18在竖直方向上依次罗列设置，第二定位板3位于第一定位板1和第四定位板18之间，第一定位板1与第二定位板3之间、第二定位板3与第四定位板18之间均通过插接设置的定位销20和插槽实现叠加定位。

具体地，为了实现当三者叠加设置的时候第一定位孔4正好与定位槽2对正、第三定位孔19与第一定位孔4对正，所以在定位板之间设置了相互插接的定位销20和插槽，以实现三者叠加时的定位。

具体可以这样设置，在第一定位板1上表面设置定位销20，在第二定位板3下表面设置插槽，定位销20插入插槽以实现第一定位板1与第二定位板3之间的定位叠加，在第二定位板3上表面设置定位销20，在第四定位板18下表面设置插槽，同样插接之后实现第二定位板3与第四定位板18的定位叠加。

本实施例中第一定位板1、第二定位板3、第四定位板18以及第三定位板8形成了一套工装模组，具体可以设置多个工装模组，多个工装模组之间可以在上下方向上叠加设置。

具体可以这样设置，在第四定位板18的上表面还可以设置定位销20，在第一定位板1的下表面还可以设置插槽，上侧模组的第一定位板1可以叠加在下侧模组的第四定位板18的上表面，具体为通过定位销20和插槽插接，实现定位叠加。

所以本实施例提供的工装可以多个同时叠加使用，形成了模块化设计，将多个工装叠加后同时放入气氛炉进行升温焊接，提高焊接效率。

为了实现自动化操作，在第一定位板1、第二定位板3、第四定位板18的板边处均开设有夹持槽21。可以在板体两个相对的板边处设置夹持槽21。

夹持槽21是配合自动设备的夹持端使用的，例如机械手，机械手可以放置在两侧的夹持槽21内实现夹持，以带动板体移动，实现自动化装配定位，

在本实施例中，第一定位板1、第二定位板3、第三定位板8、第四定位板18、压块12的材质均为石墨。石墨具有较好的耐高温性，使用效果较好，而基板7的材质可以为陶瓷。陶瓷基板相对普通PCB基板更能够耐极限温度，具有较好的介电常数和热膨胀率，能够适配气氛炉的高温环境。

需要说明的是芯片共晶焊接和围框焊接属于LTCC/HTCC基板的封装产品在微组装的工程中的一道工序，整个工序依次包括基板7清洗、芯片共晶/围框焊接、阻容感回流焊、焊接缺陷检查、金丝键合、外观检验、封盖。

具体地，基板7清洗：将待组装LTCC/HTCC基板7进行等离子清洗。

芯片共晶/围框焊接：通过本工装对基板7、芯片10以及围框5进行定位并选用真空气氛炉或箱式气氛炉(不带抽真空功能)，按工艺要求设定温度，将工装放入炉膛中共晶焊接。

阻、容、感回流焊：采用Sn63Pb37锡膏，使用点胶设备在基板焊盘制定位置点涂锡膏，使用半自动设备将阻、容、感放置在焊盘位置，置于回流焊机中焊接。

焊接缺陷检查：将焊接完成的产品放置在X-Ray设备中检查焊接缺陷和空洞情况。

金丝键合：将完成上述步骤的产品，按照设计图中连接位置进行引线键合(采用金丝)，键合机参数按照正常工艺参数设置。

外观检验：将产品放置于光学检验设备下，观察产品外观形貌。

利用本工装所进行的基板7与芯片10焊接位置和基板7与围框5焊接位置情况良好，当采用真空气氛炉时，空洞率≤10％，当采用箱式气氛炉时，空洞率≤20％，焊接质量达到产品设计要求。

所以采用本工装进行焊接定位时，采用两种不同的烧结炉，基板7、芯片10、围框5均能一步完成焊接工作且质量达标，所以本工装在适用性上是存在普遍性的；在采用真空气氛炉时，产品各项焊接质量和气密性满足产品设计要求；采用箱式气氛炉时，产品焊接空洞虽然偏大但仍符合焊接质量要求，且气密性同样满足要求。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.焊接定位工装，其特征在于，包括：

第一定位板，在所述第一定位板上设有用于容纳且定位基板的定位槽；

第二定位板，在所述第二定位板上设有第一定位孔，所述第二定位板位于第一定位板上侧且所述第一定位孔与所述定位槽相对正，所述第一定位孔用于容纳围框以使围框在基板上定位，所述围框底部与所述基板之间还用于设置第一焊片；

第三定位板，所述第三定位板上开设第二定位孔，所述第三定位板用于装配在所述围框内以使所述第二定位孔对正基板上的芯片焊接位，所述第二定位孔用于容纳芯片且芯片与所述基板的芯片焊接位之间还用于设置第二焊片；以及

压块，所述压块用于同时按压所述围框和所述芯片。

2.如权利要求1所述的焊接定位工装，其特征在于，所述定位槽、所述第一定位孔、所述第二定位孔均为矩形形状，所述定位槽、所述第一定位孔、所述第二定位孔的端角处还设有弧形的让位缺口。

3.如权利要求1所述的焊接定位工装，其特征在于，所述定位槽为多个且在所述第一定位板上呈多排多列的形式设置，所述第二定位板上的第一定位孔为多个且与所述定位槽一一对应设置。

4.如权利要求1所述的焊接定位工装，其特征在于，所述第三定位板包括板本体和连接在板本体的板边处的凸出部，所述凸出部用于抵接所述围框的内壁。

5.如权利要求1-4任一项所述的焊接定位工装，其特征在于，所述焊接定位工装还包括第四定位板，所述第四定位板上开设第三定位孔，所述第四定位板设于所述第二定位板上侧且所述第三定位孔与所述第一定位孔相互对正，所述压块设置在所述第三定位孔内。

6.如权利要求5所述的焊接定位工装，其特征在于，所述压块包括块体和设置在所述块体下部的按压凸起，所述块体用于按压所述围框，所述按压凸起用于按压所述芯片。

7.如权利要求5所述的焊接定位工装，其特征在于，所述第一定位板、第二定位板和第四定位板在竖直方向上依次罗列设置，所述第一定位板与第二定位板之间、所述第二定位板与所述第四定位板之间均通过插接设置的定位销和插槽实现叠加定位。

8.如权利要求5所述的焊接定位工装，其特征在于，在所述第一定位板、所述第二定位板、所述第四定位板的板边处均开设有夹持槽。

9.如权利要求5所述的焊接定位工装，其特征在于，所述第一定位板、所述第二定位板、所述第三定位板、所述第四定位板、所述压块的材质均为石墨。

10.如权利要求1所述的焊接定位工装，其特征在于，所述基板的材质为陶瓷。

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