CN220643192U - 用于热处理部件的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及用于热处理部件的装置，该部件特别是电子部件等，该装置包括批处理托盘(10)和放置在批处理托盘上的至少两个部件组，每个部件组至少包括第一部件和连接到或待连接到第一部件的第二部件，批处理托盘具有至少两个托盘单元(11)，每个托盘单元容纳一个部件组。每个托盘单元具有托盘(12)和用于将托盘彼此连接的连接构件(13)，连接构件由至少一个连接元件(14)形成，连接元件和/或托盘的材料选择成使得连接元件和/或托盘在热处理时在至少一个线性方向上呈现热膨胀，所述热膨胀基本上对应于第一部件和/或第二部件在线性方向上的热膨胀。
Description
技术领域
本实用新型涉及用于热处理部件的装置，该部件特别是电子部件等，装置包括批处理托盘和放置在批处理托盘上的至少两个部件组，每个部件组至少包括第一部件和连接到或待连接到第一部件的第二部件，批处理托盘具有至少两个托盘单元，每个托盘单元容纳一个部件组。
背景技术
电子部件和电路通常由多个部件制成，这些部件或部件组通过热处理联结以形成导电连接。具体地，通过焊接、烧结等在部件之间形成结合且导电的连接。重要的方面是焊接或烧结使用连接材料，该连接材料在热处理过程中至少部分熔化或者通过扩散产生结合连接。例如，第一部件的导体路径以导电方式连接到第二部件的触点，或者电隔离区域被结合，以便获得机械稳定的部件组。热处理能够以各种方式进行，例如，通过接触点的局部加热或通过加热整个部件组。在这种生产步骤的过程中，部件组或部件相对于彼此保持在预期的接触位置。部件的这种定位通常借助于批处理托盘来实现，部件放置在批处理托盘中，并且批处理托盘可以容纳多个部件组。这使得这些部件组可以同时或一个接一个地进行热处理，从而可以经济地大量生产。
用于热处理的已知方法和装置的缺点在于，伴随不同程度热膨胀的大温差可能出现在待联结的部件上，并且可能导致部件翘曲，尤其是在冷却过程中。例如，冷却部件或冷却联结部件组可能会因收缩而翘曲或变形。部件的热膨胀差异比部件内的温差对翘曲的影响更大。批处理托盘的加热还会导致待联结的部件的相对位置变得不精确，结果是难以保持窄的公差。根据批处理托盘上部件的位置或固定，热处理可能会导致部件的意外运动或相对偏移。此外，整个批处理托盘可能变形到部件组相对于机器不再处于预期位置的程度，该机器例如通过动作器在连接点处将部件推到一起。结果，在部件组上可能发生短路或其他故障。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的是提出用于热处理部件的装置和方法，其能够以经济的方式更精确地生产。
这个目的通过根据本实用新型的用于热处理部件的装置来实现、部件特别是电子部件等，该装置包括批处理托盘和放置在批处理托盘上的至少两个部件组，每个部件组至少包括第一部件和连接到或待连接到第一部件的第二部件，批处理托盘具有至少两个托盘单元，每个托盘单元容纳一个部件组，其中每个托盘单元具有托盘和用于将托盘彼此连接的连接构件，连接构件由至少一个连接元件形成，连接元件和/或托盘的材料选择成使得连接元件和/或托盘在热处理时在至少一个线性方向上呈现热膨胀，所述热膨胀基本上对应于第一部件和/或第二部件在线性方向上的热膨胀。
因此，可以将多个部件组放置在批处理托盘上，每个部件组包括在热处理过程中以导电方式或不导电方式相互连接的至少两个部件。部件组各自放置在批处理托盘的独立托盘单元上，托盘单元包括托盘和连接构件。批处理托盘可以具有2+n个托盘单元，即原则上仍然可以由批处理托盘处理的托盘单元的数量。连接构件用于将托盘彼此附接，并且具有至少一个连接元件。如果批处理托盘在相应部件的热处理过程中部分或全部加热，这将导致批处理托盘和至少一个部件或部件组的热膨胀。这种热膨胀相对于批处理托盘和部件组的公共坐标系在相同的至少一个线性方向上发生。连接元件和/或托盘的材料选择成使得连接元件和托盘在热处理期间经历热膨胀，该热膨胀对应于相应部件中的至少一个的热膨胀。在本文中，热膨胀是指至少在线性方向上的热膨胀，意味着长度的变化。然而，热膨胀也可以与表面或体积相关，因此发生在多个方向上。因为连接元件和托盘的热膨胀大约等于部件组中的一个部件的热膨胀，所以批处理托盘可以补偿所讨论的部件的热膨胀到这样的程度，即防止热处理期间部件的非预期相对偏移和/或热处理后冷却期间部件的潜在翘曲。这使得可以经济地生产高质量的部件组，并且在生产过程中保持窄的公差。
托盘可以通过相应的紧固件以形状配合的方式连接到连接元件。原则上，托盘可以彼此分离，即它们可以是单独的部件或元件，它们通过连接元件连接。因此，能够以托盘的热膨胀不受托盘相互接触的影响或不会在托盘间传播的方式将托盘间隔开。同时，托盘之间不会发生直接热传递。然而，由于与连接元件的形状配合连接，托盘之间的相对距离可以非常精确。如果在使用合适的机器进行串行或并行热处理的过程中需要托盘的相对距离，则这是特别有利的。例如，紧固件可以包括螺钉、销和/或其他紧固手段。此外，可以提供多个连接元件。
连接构件可以包括至少两个连接元件，并且连接元件可以是平行的型材杆，其可以连接间隔开的托盘。例如，型材杆可以是扁平的型材杆，沿着其长度设置有多个托盘。优选地，型材杆可以是相同的，使得连接构件和批处理托盘在热处理过程中不会翘曲。此外，型材杆可以在托盘的上侧和/或下侧上连接到托盘，使得部件在定位在批处理托盘上时与型材杆接触或者与它们间隔开。
每个托盘单元可以设置有至少一个定位辅助件和/或凹槽，用于容纳和定位第一部件和/或第二部件。托盘单元可以配置成定位或容纳额外的部件。每个托盘单元或仅选定的托盘单元可以设置有定位辅助件。定位辅助件可以是例如销、挡块、轨道等，这使得能够将部件精确且形状配合地定位在批处理托盘上。此外，凹槽可以用于以这种方式定位部件。例如，一个部件或两个部件可以完全或部分插入凹槽中。在这种情况下，重叠的部件可以特别容易地相互连接。例如，第一部件可以是DBC衬底，第二部件可以是引线框架。
连接元件和托盘可以由不同的材料制成。托盘和至少一个连接元件使用不同的材料使得批处理托盘的导热性和热膨胀受到不同的影响成为可能。能够以这样的方式选择材料，使得批处理托盘具有至少一个热膨胀，该热膨胀适应于部件组或者第一和/或第二部件的热膨胀。可替代地，连接元件和托盘可以由相同的材料制成。
然而，第一部件和第二部件可以由不同的材料制成。原则上，部件本身也可以由不同的材料制成。这可能导致相应部件或部件组的不同导热率和热膨胀。可替代地，第一部件和第二部件可以由相同的材料制成。
连接元件或托盘的材料可以与第一部件的材料相同。因此，连接元件或托盘的材料可以根据第一部件的材料来选择。重要的方面是，连接元件或托盘的材料和第一部件的材料在热膨胀方面具有相似的物理性质，例如热膨胀系数的最大差异为±5×10-6/k。这使得连接元件或托盘的热膨胀能够特别容易地适应第一部件的热膨胀，这取决于连接元件或托盘的几何形状。在本文中，相同的材料也意味着本质上相似的材料，例如铜和铜合金。
连接元件或托盘的材料可以是具有各向异性热膨胀系数的材料。因此，材料的热膨胀系数根据材料结构(例如晶格或增强体)的位置而不同。以这种方式，连接元件或托盘可以构造成具有不同的热膨胀。例如，连接元件或托盘能够以这样的方式布置，使得在特定的线性方向上发生特别低的热膨胀，使得当批处理托盘加热时，在部件组的部件之间仅发生小的相对偏移或没有相对偏移。
材料可以是复合材料、石墨，优选铝石墨，或者陶瓷，优选铝碳化硅。连接元件和/或托盘尤其可以由这些材料中的一种制成。特别地，石墨或石墨的变体可以具有各向异性的热膨胀系数。此外，铝石墨具有特别高的热传导率(heat conductivity)。如果托盘由铝石墨制成，则例如可以使用加热板通过托盘特别快速地加热部件组。通过这种方式，可以显著减少周期时间。此外，例如，如果仅打算部分加热该部件组，则可以使用具有特别低热传导率的材料。
此外，连接元件或托盘的材料可以是金属(优选铜或铝)或者陶瓷。铜和铝具有相对高的热传导率，这意味着这些金属可以有利地用于形成连接元件或托盘。如果打算在部件组处快速引入和释放热能，则高热传导率以及因此高导热率(thermal conductivity)是有利的。同时，导热性也可用于在批处理托盘或者连接元件或托盘内建立尽可能小或尽可能大的温度梯度，从而在批处理托盘和部件组加热期间加速或抑制热膨胀。
连接元件和/或托盘的材料的热膨胀系数αM和第一部件和/或第二部件的材料的热膨胀系数αm可以偏离≤20×10-6/K，优选≤10×10-6/K，特别优选≤5×10-6/K，或者相等。所提到的值涉及20℃的温度。与第一和/或第二部件或部件组相比，近似相等或相等的热膨胀系数实现了连接元件和/或托盘的更均匀的热膨胀。此外，连接元件和托盘的材料可以具有非常不同的热膨胀系数，这对于它们来说适应于第一部件和第二部件的相应材料。
连接元件和/或托盘的材料的导热系数λ可以≥100W/(m×K)，优选≥200W/(m×K)，特别优选≥300W/(m×K)。材料的这种高热传导率促进了材料即连接元件和/或托盘的快速加热或冷却。结果，由于相应部件的联结和后处理可以快速进行，所以热处理部件组的过程可以显著加快。原则上，连接元件和托盘的材料的导热系数可以有很大的不同。以这种方式，在部件组的快速加热是有利的情况下，可以提供良好的热传导。
连接元件和/或托盘的导热率αV、αT和第一部件和/或第二部件的导热率α1B、α2B可以彼此偏离≤5mm2/s，优选≤3mm2/s，特别优选≤1mm2/s，或者相等。提到的值与20℃的温度有关。导热率是指热传导率除以密度和比热容的乘积。连接元件和/或托盘可以具有这样的几何形状和质量，使得托盘与连接元件的相应材料的连接导致高或低的导热率。这种导热率又可以适应相应部件或部件组的导热率。如果相应的热流可以在连接元件和/或托盘和相应的部件中同时且均匀地扩散，则可以实现连接元件和/或具有相应部件的托盘的对应适应的平行热膨胀。此外，高导热率允许降低批处理托盘中的温度梯度。这是有利的，因为这意味着可以防止批处理托盘和待联结的部件相对于机器翘曲。
在根据本实用新型的用于热处理部件的方法中、部件特别是电子部件等，至少两个部件组放置在批处理托盘的至少两个托盘单元上，每个托盘单元容纳一个部件组，每个部件组至少包括第一部件和待连接到第一部件的第二部件，连接材料至少部分熔化或扩散，并且第一部件通过加热装置的热处理或热能在第一部件和第二部件中的每一个的至少一个连接区域中结合到第二部件，其中每个托盘单元的托盘和/或用于将托盘彼此连接的连接构件的至少一个连接元件在热处理期间在至少一个线性方向上经历热膨胀，所述热膨胀基本上对应于第一部件和/或第二部件在线性方向上的热膨胀。关于根据本实用新型的方法的优点，参考根据本实用新型的装置的优点的描述。
加热装置可用于熔化作为连接材料的焊料，或者烧结作为连接材料的金属膏，优选银膏或铜膏；加热装置可以是加热板和/或炉。方法可用于使用焊接设备焊接电子部件，或使用合适的机器银烧结或铜烧结电子部件。焊接和烧结可以使用机器的加热板和/或使用炉来进行。批处理托盘可以与加热板直接接触，因此部件组被加热。或者，批处理托盘可以与部件组一起在炉中加热。
在第一部件和第二部件的热处理过程中，连接元件和/或托盘以及第一部件和/或第二部件能够以不同的速率加热或冷却；连接元件和/或托盘的材料可以选择成使得第一部件和/或第二部件以与连接元件和/或托盘相同的方式热膨胀。因此，连接元件和/或托盘的热膨胀可以补偿第一部件和/或第二部件或相应部件组的热膨胀，使得发生同时且均匀的热膨胀。以这种方式，可以抑制部件的翘曲，并且可以改善部件与相应托盘单元的连接接触，结果是可以确保托盘单元和部件组之间的特别好的热传递。
在热处理期间，第一部件、第二部件和托盘可以热膨胀；第一部件、第二部件和托盘可以相对于彼此共面定位。因此，在热处理过程中，部件和托盘不会相对于彼此改变位置。
在热处理期间，可以在托盘内形成≤15K，优选≤10K，特别优选≤5K的温度梯度。有利的是，小的温度梯度也可以通过高导热率来实现，并确保托盘内的均匀热分布。以这种方式可以避免由于不均匀的热分布引起的翘曲。
从参考本实用新型的上述装置的特征描述中，该方法的其他有利实施例是明显的。
附图说明
在下文中，将参照附图更详细地讨论本实用新型的优选实施例。
图1是批处理托盘的透视图；
图2是批处理托盘的俯视图；
图3是图2的批处理托盘沿线III-III的剖视图；
图4是图3的批处理托盘的细节图IV。
具体实施方式
图1至图4的组合图示出了批处理托盘10，其用于容纳多个部件组(未示出)，这些部件组与批处理托盘一起被提供给热处理。每个部件组至少包括第一部件和第二部件，第二部件以导电或不导电的方式与第一部件连接，即结合，两个部件之间的导电结合连接通过热处理至少部分熔化或扩散连接材料(例如焊料或金属膏)而形成。或者，可以打算对已经形成或联结的部件组仅进行热处理。
批处理托盘10形成一行托盘单元11，每个托盘单元11能够容纳一个部件组。每个托盘单元11包括托盘12和用于连接托盘12的连接构件13。特别地，在当前情况下，连接构件13包括两个连接元件14。每个连接元件14是型材杆15，并且由铜构成。可替代地，型材杆15可以由铝构成。连接元件14连接托盘12，在所示的行排列中，托盘12由窄间隙16稍微间隔开。托盘12设有用于容纳部件组的第一部件(未示出)的凹槽17。第一部件可以是DCB基板。凹槽17以这样的方式构造，使得第一部件可以插入其中，并且通过凹槽17的轮廓18定位或固定在预期位置。托盘12由铝石墨构成。
批处理托盘10还包括紧固件19，其用于以形状配合的方式将连接元件14连接到托盘12。紧固件19包括螺钉20和销21，销21由托盘12形成或模制到其上，销21插入到在连接元件14中的对应通道开口22中。销21与通道开口22的接合建立了托盘12和连接元件14之间的形状配合连接。同时，相应的螺钉20以紧密形状配合和压力配合的方式将托盘12固定到连接元件14上。此外，在托盘12的相应纵向侧面23上形成肩部24，其深度大约对应于连接元件14的高度。连接元件14以基本齐平的方式插入所述肩部24中，肩部24以这样的方式构造，使得在相应的连接元件14和托盘12之间也形成小间隙25，该小间隙25沿着批处理托盘10的纵向或纵轴线26延伸。
各个托盘14的铝石墨具有各向异性的热膨胀系数。此外，在每个连接元件14上设置有用于部件的定位辅助件27，定位辅助件27在手边的情况下由销28形成。特别地，这允许铜板或引线框架(未示出)作为第二部件被放置在批处理托盘20的上侧29上的精确位置，这可以使用冲切工具来生产。例如，销28可以接合在铜板的通道开口中，并以这种方式将其正确定位。
现在可以通过使加热板(未示出)与批处理托盘10的下侧30接触来进行热处理，加热板加热批处理托盘10。这种加热持续进行，直到达到至少部分熔化连接材料的温度，于是批处理托盘10再次冷却，并且连接材料硬化，结果是在第一部件和第二部件之间形成结合且导电的连接。
当使用加热板加热批处理托盘时，托盘12的铝石墨的高导热率导致该区域的部件快速加热。垂直于纵轴线26的热膨胀低，因为铝石墨在该方向的膨胀系数也低。另一方面，托盘12沿纵轴线26的热膨胀并不重要，因为托盘12被间隙16间隔开。因为连接元件14具有与冲切铜板基本相同的膨胀系数，所以批处理托盘连同铜板沿纵轴线26的热膨胀基本相同。因此，在热处理过程中不会出现第一部件和第二部件的意外偏移，在冷却过程中也不会出现潜在的变形。这同样适用于各个托盘12和放置在凹槽17中的各个第一部件的热膨胀。这里，托盘12的热膨胀也以这样的方式确定尺寸，使得第一部件与轮廓18接触并且不移动。以这种方式，当生产电子部件时，可以保持特别窄的公差，并且可以有利地加速生产过程。
Claims (23)
1.一种用于热处理部件的装置，装置包括批处理托盘(10)和放置在批处理托盘上的至少两个部件组，每个部件组至少包括第一部件和连接到或待连接到第一部件的第二部件，批处理托盘具有至少两个托盘单元(11)，每个托盘单元容纳一个部件组，
其特征在于
每个托盘单元具有托盘(12)和用于将托盘彼此连接的连接构件(13)，连接构件由至少一个连接元件(14)形成，连接元件和/或托盘的材料选择成使得连接元件和/或托盘在热处理时在至少一个线性方向上呈现热膨胀，所述热膨胀对应于第一部件和/或第二部件在线性方向上的热膨胀。
2.根据权利要求1所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
所述部件是电子部件。
3.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
托盘(12)通过相应的紧固件(19)以形状配合的方式连接到连接元件(14)。
4.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接构件(13)包括至少两个连接元件(14)，连接元件是连接间隔开的托盘(12)的平行型材杆(15)。
5.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
每个托盘单元(11)设有至少一个定位辅助件(27)和/或凹槽(17)，用于容纳和定位第一部件和/或第二部件。
6.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和托盘(12)由不同的材料制成。
7.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
第一部件和第二部件由不同的材料制成。
8.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)或托盘(12)的材料与第一部件的材料相同。
9.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)或托盘(12)的材料是具有各向异性热膨胀系数的材料。
10.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
材料是复合材料，石墨，或陶瓷。
11.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
材料是铝石墨。
12.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
材料是铝碳化硅。
13.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)或托盘(12)的材料是金属，或者是陶瓷。
14.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)或托盘(12)的材料是铜或铝。
15.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的材料的热膨胀系数αM与第一部分和/或第二部分的材料的热膨胀系数αm彼此偏离≤20×10-6/K，或者相等。
16.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的材料的热膨胀系数α的与第一部分和/或第二部分的材料的热膨胀系数α第彼此偏离≤10×10-6/K。
17.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的材料的热膨胀系数αM与第一部分和/或第二部分的材料的热膨胀系数αm彼此偏离≤5×10-6/K。
18.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的材料的导热系数λ≥100W/(m×K)。
19.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的材料的导热系数λ≥200W/(m×K)。
20.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的材料的导热系数λ≥300W/(m×K)。
21.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的导热率αV，αT与第一部件和/或第二部件的导热率α1B，α2B彼此偏离≤5mm2/s，或者相等。
22.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的导热率αV，αT与第一部件和/或第二部件的导热率α1B，α2B彼此偏离≤3mm2/s。
23.根据权利要求1或2所述的用于热处理部件的装置，其特征在于
连接元件(14)和/或托盘(12)的导热率αV，αT与第一部件和/或第二部件的导热率α1B，α2B彼此偏离≤1mm2/s。
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