一種陶瓷器件回流焊工藝的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陶瓷器件回流焊工藝的裝置及方法?；亓骱腹に嚨难b置包括螺旋軸、石墨板、石墨板支架、石英加熱燈、加熱燈支架及密閉腔室?；亓骱腹に嚨姆椒閷⒋亓鞯奶沾善骷?、焊接件及焊膏放置于方形石墨板上，在真空密閉腔室中，采用石英加熱燈對器件進(jìn)行均勻加熱，通過控制回流焊溫度曲線和爐內(nèi)氣壓實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下的回流焊工藝。本發(fā)明的裝置和方法可在保障陶瓷器件均勻受熱的前提下，實(shí)現(xiàn)無空洞、高可靠的回流焊焊接工藝，顯著提高器件的回流焊焊點(diǎn)質(zhì)量，同時(shí)此方法亦可應(yīng)用于類似產(chǎn)品的高可靠回流焊接工藝過程。
【專利說明】一種陶瓷器件回流焊工藝的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷器件回流焊工藝的裝置及方法，適用于陶瓷器件的植球工藝過程。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)陶瓷器件植球的回流焊工藝是利用鏈?zhǔn)交亓鳡t在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行分區(qū)熱風(fēng)再流焊接，通過調(diào)整傳送帶速和回流爐各區(qū)溫度得到理想的回流曲線，以得到高可靠的回流焊點(diǎn)?；亓鬟^程液相區(qū)時(shí)間較短，焊料中由助焊劑、氧化物等揮發(fā)形成的氣體不能及時(shí)溢出焊點(diǎn)，在焊點(diǎn)中形成空洞，焊點(diǎn)空洞的形成會降低焊點(diǎn)強(qiáng)度，不利于焊點(diǎn)的長期可靠性。為了最大程度降低焊點(diǎn)空洞率，考慮采用真空回流焊技術(shù)，以期利用焊點(diǎn)內(nèi)外壓強(qiáng)差促使焊點(diǎn)中的空洞有效溢出，提聞表貼焊點(diǎn)的機(jī)械和電氣性能。
[0003]真空回流裝置采用石英燈對石墨平板進(jìn)行熱輻射加熱，石墨板再通過熱傳導(dǎo)加熱其表面放置的器件，達(dá)到回流焊接的目的。這種加熱結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)薄體小外形封裝形式的焊點(diǎn)或硅片凸點(diǎn)的回流工藝，但不適用于較大尺寸陶瓷封裝結(jié)構(gòu)的回流焊工藝，因?yàn)榻佑|式熱傳導(dǎo)的加熱方式不能及時(shí)地均勻加熱整個(gè)器件，回流焊工藝過程中，同一時(shí)刻器件上下表面溫差較大，這不利于回流焊工藝溫度曲線的調(diào)試。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種陶瓷器件回流焊工藝的裝置及方法，提高陶瓷器件的加熱均勻性，實(shí)現(xiàn)低空洞、高可靠的回流焊焊接工藝，顯著提高器件的回流焊焊點(diǎn)質(zhì)量。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種陶瓷器件回流焊工藝的裝置，包括螺旋軸、石墨板、石墨板支架、石英加熱燈、加熱燈支架及密閉腔室；四個(gè)螺旋軸沿密閉腔室的中心軸對稱放置于密閉腔室內(nèi)部；每個(gè)螺旋軸包括上下兩段方向相反的螺紋；兩個(gè)加熱燈支架均為鏤空框架，分別裝配于螺旋軸的上下兩段螺紋上，兩個(gè)加熱燈支架之間的距離能夠通過旋轉(zhuǎn)螺旋軸調(diào)節(jié)；兩組石英加熱燈分別固定于兩個(gè)加熱燈支架上；石墨板支架位于上下兩個(gè)加熱燈支架之間，石墨板放置于石墨板支架上。
[0006]一種利用陶瓷器件回流焊工藝裝置的陶瓷器件回流焊工藝的方法，其特征在于步驟如下:
[0007](2.1)將待進(jìn)行回流焊的陶瓷器件、焊接件以及焊膏放于石墨板上，并關(guān)閉密閉腔室；
[0008](2.2)根據(jù)陶瓷器件的尺寸，通過旋轉(zhuǎn)螺旋軸調(diào)整石墨板與上下兩組石英加熱燈之間的距離；
[0009](2.3)首先對密閉腔室抽真空2111111，再以的速率向密閉腔室充氮?dú)饧踊?，然后再對密閉腔室抽真空加化，使密閉腔室呈負(fù)壓狀態(tài)；
[0010](2.4)以1017111111的速率充氮?dú)?，同時(shí)開啟石英加熱燈對陶瓷器件、焊接件以及焊膏進(jìn)行加熱，通過調(diào)整石英加熱燈的功率，在70?808內(nèi)使陶瓷器件溫度從室溫升至100。。；
[0011](2.5)在步驟(2.4)的基礎(chǔ)上，以的速率向密閉腔室內(nèi)繼續(xù)充氮?dú)?，通過調(diào)整石英加熱燈的功率，在40-608內(nèi)使陶瓷器件、焊接件以及焊膏的溫度升至1501 ；
[0012](2.6)對步驟(2.5)充完氮?dú)夂蟮拿荛]腔室進(jìn)行抽真空，通過調(diào)整石英加熱燈的功率，使陶瓷器件、焊接件以及焊膏在1501?1701范圍內(nèi)保持40?608 ；
[0013](2.7)在步驟(2.6)的基礎(chǔ)上，對密閉腔室繼續(xù)抽真空，通過調(diào)整石英加熱燈的功率，在30?508內(nèi)將陶瓷器件、焊接件以及焊膏的溫度升至2001?2101，此時(shí)焊膏融化；然后關(guān)閉石英加熱燈，以2017111111的速率向密閉腔室充入冷氮?dú)?，降?0?608 ；
[0014](2.8)以至少5017111111的速率向密閉腔室內(nèi)充入冷氮?dú)?，使陶瓷器件、焊接件以及焊膏快速降溫，焊膏凝固，從而將焊接件焊接在陶瓷器件上，完成陶瓷器件的回流焊工藝?br> [0015]所述步驟(2.2)中，針對不同的陶瓷器件尺寸規(guī)格，通過旋轉(zhuǎn)螺旋軸調(diào)整石墨板與上下兩組石英加熱燈之間的距離的實(shí)現(xiàn)方式為:陶瓷器件的厚度每增加或減小1111111，每組石英加熱燈與石墨板之間的距離均相應(yīng)減小或增加10?
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
[0017](1)本發(fā)明在石墨板的上下分別設(shè)置石英加熱燈，有利于提高陶瓷器件的加熱均勻性；
[0018](2)本發(fā)明通過設(shè)計(jì)石英加熱燈支架以及螺旋軸上半部和下半部的螺紋，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)螺旋軸來調(diào)節(jié)石英加熱燈與石墨板之間的距離，在陶瓷器件的回流焊工藝方法中，當(dāng)石英加熱燈功率不可調(diào)時(shí)，可通過調(diào)節(jié)石英加熱燈與石墨板的間距來控制加熱速率；
[0019](3)本發(fā)明針對一種陶瓷器件完成回流焊工藝后，在對其他陶瓷器件進(jìn)行回流焊工藝時(shí)，可根據(jù)新陶瓷器件的尺寸規(guī)格變化調(diào)節(jié)石英加熱燈與石墨板的間距，只需對原回流焊工藝中石英加熱燈的功率進(jìn)行微調(diào)，即可完成其他規(guī)格陶瓷器件回流焊工藝程序的調(diào)試；
[0020](4)本發(fā)明在密閉腔室中，采用石英加熱燈對器件進(jìn)行均勻加熱，回流過程中通過控制回流焊溫度程序?qū)崿F(xiàn)真空環(huán)境下的回流焊工藝。這種回流焊接方法可在保障陶瓷器件均勻受熱的前提下，實(shí)現(xiàn)無空洞、高可靠的回流焊焊接工藝，顯著提高器件的回流焊焊點(diǎn)質(zhì)量。
[0021](5)本發(fā)明適用于陶瓷球柵陣列、陶瓷柱柵陣列及陶瓷倒裝焊等多種陶瓷封裝器件的回流焊工藝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為陶瓷器件回流焊工藝裝置主視圖；
[0023]圖2為石英加熱燈與石英加熱支架的安裝關(guān)系俯視圖；
[0024]圖3為陶瓷器件回流焊工藝方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0026]本發(fā)明提出的陶瓷器件回流焊工藝裝置如圖1所示，包括螺旋軸1、石墨板2、石墨板支架3、石英加熱燈4、加熱燈支架5及密閉腔室6 ；密閉腔室6為長方體結(jié)構(gòu)，四個(gè)螺旋軸1固定于密閉腔室6內(nèi)部垂直于底面的拐角處；每個(gè)螺旋軸1包括上下兩段方向相反的螺紋；兩個(gè)加熱燈支架5均為鏤空框架，分別裝配于螺旋軸1的上下兩段螺紋上，通過旋轉(zhuǎn)螺旋軸1調(diào)節(jié)兩個(gè)加熱燈支架5之間的距離；兩組石英加熱燈4分別固定于兩個(gè)加熱燈支架5上，如圖2所示；石墨板支架3通過石英加熱燈4的間隙立于密閉腔室6的底面上，石墨板支架3的上端面位于上下兩個(gè)加熱燈支架5之間，石墨板2放置于石墨板支架3的上端面。
[0027]假設(shè)螺旋軸1的上半部為左旋螺紋，下半部為右旋螺紋，兩個(gè)加熱燈支架5分別螺紋安裝在螺旋軸1的上半部和下半部。當(dāng)同時(shí)沿同一方向旋轉(zhuǎn)螺旋軸1時(shí)，上下兩個(gè)加熱燈支架5同時(shí)遠(yuǎn)離或靠近石墨板2。
[0028]本發(fā)明根據(jù)上述裝置提出了一種陶瓷器件回流焊工藝方法，如圖3所示，步驟如下:
[0029](1)將待進(jìn)行回流焊的陶瓷器件、焊接件及焊膏放于石墨板上，并關(guān)閉密閉腔室
(6)；
[0030](2)假設(shè)陶瓷器件厚度為2皿，通過旋轉(zhuǎn)螺旋軸1調(diào)整石墨板2與上下兩組石英加熱燈4之間的距離分別為30111111 ；
[0031](3)抽真空:先對密閉腔室6抽真空20111，然后以的速率向密閉腔室6充氮?dú)饧踊?，然后再抽真?111111，使密閉腔室6呈負(fù)壓狀態(tài)；
[0032](4)升溫:以的速率向密閉腔室6充氮?dú)?，同時(shí)開啟石英加熱燈4對陶瓷器件、焊接件及焊膏進(jìn)行加熱，通過調(diào)整石英加熱燈4的功率，使陶瓷器件、焊接件及焊膏溫度在70?808內(nèi)從室溫升至1001 ；
[0033](5)預(yù)熱:在步驟⑷的基礎(chǔ)上，以的速率向密閉腔室6內(nèi)繼續(xù)充氮?dú)?，通過調(diào)整石英加熱燈4的功率，使陶瓷器件、焊接件及焊膏溫度在50?608內(nèi)升至1501 ；
[0034](6)助焊劑活化:對步驟(5)充完氮?dú)夂蟮拿荛]腔室6進(jìn)行抽真空，通過調(diào)整石英加熱燈4的功率，使陶瓷器件、焊接件及焊膏溫度在1501?1701范圍內(nèi)保持40?508 ；
[0035](7)回流:在步驟￠)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)對密閉腔室6進(jìn)行抽真空，通過調(diào)整石英加熱燈4的功率，將陶瓷器件、焊接件及焊膏溫度在30?508內(nèi)升至2001?2101 ；然后關(guān)閉石英加熱燈4，以2017111111的速率向密閉腔室6充入冷氮?dú)?，降?0?508 ；
[0036](8)快速降溫:以最大速率(至少的速率)向密閉腔室6內(nèi)充入冷氮?dú)?，使陶瓷器件、焊接件及焊膏快速降溫，焊膏凝固，將待焊接件焊接在陶瓷器件上，完成陶瓷器件的回流焊工藝，同時(shí)固化回流焊工藝程序(電腦記錄各步驟的抽真空時(shí)間、充氮?dú)獾臅r(shí)間和速率以及石英燈的加熱功率，形成固化的回流焊工藝程序，下次可自動運(yùn)行)。
[0037]下次進(jìn)行同款產(chǎn)品回流焊工藝時(shí)，石英加熱燈與石墨板之間的距離不變，利用固化的回流焊工藝程序進(jìn)行回流即可；陶瓷器件的厚度每增加或減小1皿，石英加熱燈與石墨板之間的距離就相應(yīng)減小或增加10?15臟。如下次需進(jìn)行回流焊工藝的陶瓷器件厚度為1111111,則調(diào)節(jié)石英加熱燈與石墨板之間的距離為20111111，然后在2111111厚度陶瓷器件固化的回流焊工藝程序基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況對石英加熱燈的功率進(jìn)行微調(diào)即可完成該款產(chǎn)品回流焊程序的調(diào)試和固化。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷器件回流焊工藝的裝置，其特征在于:包括螺旋軸(I)、石墨板(2)、石墨板支架(3)、石英加熱燈(4)、加熱燈支架(5)及密閉腔室￠);四個(gè)螺旋軸(I)沿密閉腔室(6)的中心軸對稱放置于密閉腔室￠)內(nèi)部；每個(gè)螺旋軸(I)包括上下兩段方向相反的螺紋；兩個(gè)加熱燈支架(5)均為鏤空框架，分別裝配于螺旋軸(I)的上下兩段螺紋上，兩個(gè)加熱燈支架(5)之間的距離通過旋轉(zhuǎn)螺旋軸(I)調(diào)節(jié)；兩組石英加熱燈(4)分別固定于兩個(gè)加熱燈支架(5)上；石墨板支架(3)位于上下兩個(gè)加熱燈支架(5)之間，石墨板(2)放置于石墨板支架(3)上。
2.一種利用權(quán)利要求1所述裝置的陶瓷器件回流焊工藝的方法，其特征在于步驟如下: (2.1)將待進(jìn)行回流焊的陶瓷器件、焊接件以及焊膏放于石墨板(2)上，并關(guān)閉密閉腔室⑶; (2.2)根據(jù)陶瓷器件的尺寸，通過旋轉(zhuǎn)螺旋軸(I)調(diào)整石墨板(2)與上下兩組石英加熱燈⑷之間的距離； (2.3)首先對密閉腔室(6)抽真空2min，再以15L/min的速率向密閉腔室(6)充氮?dú)鈒min，然后再對密閉腔室(6)抽真空lmin，使密閉腔室(6)呈負(fù)壓狀態(tài)； (2.4)以10L/min的速率充氮?dú)猓瑫r(shí)開啟石英加熱燈(4)對陶瓷器件、焊接件以及焊膏進(jìn)行加熱，通過調(diào)整石英加熱燈(4)的功率，在70?80s內(nèi)使陶瓷器件溫度從室溫升至100C ； (2.5)在步驟(2.4)的基礎(chǔ)上，以10L/min的速率向密閉腔室(6)內(nèi)繼續(xù)充氮?dú)?，通過調(diào)整石英加熱燈(4)的功率，在40-60S內(nèi)使陶瓷器件、焊接件以及焊膏的溫度升至150°C ； (2.6)對步驟(2.5)充完氮?dú)夂蟮拿荛]腔室(6)進(jìn)行抽真空，通過調(diào)整石英加熱燈(4)的功率，使陶瓷器件、焊接件以及焊膏在150°C?170°C范圍內(nèi)保持40?60s ； (2.7)在步驟(2.6)的基礎(chǔ)上，對密閉腔室(6)繼續(xù)抽真空，通過調(diào)整石英加熱燈(4)的功率，在30?50s內(nèi)將陶瓷器件、焊接件以及焊膏的溫度升至200°C?210°C，此時(shí)焊膏融化；然后關(guān)閉石英加熱燈(4)，以20L/min的速率向密閉腔室(6)充入冷氮?dú)?，降?0?60s ； (2.8)以至少50L/min的速率向密閉腔室(6)內(nèi)充入冷氮?dú)?，使陶瓷器件、焊接件以及焊膏快速降溫，焊膏凝固，從而將焊接件焊接在陶瓷器件上，完成陶瓷器件的回流焊工藝?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷器件回流焊的工藝方法，其特征在于:所述步驟(2.2)中，針對不同的陶瓷器件尺寸規(guī)格，通過旋轉(zhuǎn)螺旋軸(I)調(diào)整石墨板(2)與上下兩組石英加熱燈(4)之間的距離的實(shí)現(xiàn)方式為:陶瓷器件的厚度每增加或減小1_，每組石英加熱燈(4)與石墨板⑵之間的距離均相應(yīng)減小或增加10?15mm。
【文檔編號】B23K3/04GK104308315SQ201410286012
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】趙元富, 姚全斌, 呂曉瑞, 林鵬榮, 黃穎卓, 練濱浩, 曹玉生 申請人:北京時(shí)代民芯科技有限公司, 北京微電子技術(shù)研究所