专利名称：一种封装焊接方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种封装焊接方法和装置。
背景技术：
半导体产品封装工艺中涉及到芯片焊接、盖板焊接以及窗口焊接。其焊接方式一般在氮气保护环境或真空环境中，加热熔化焊料或焊膏使芯片与基板、盖板与管壳或其他之间组件组装在一起。通常一个产品不止一个部件需要焊接，例如一种MEMS器件封装，采用焊料将盖板、基板和管壳焊接起来，形成一个气密性封装器件。该器件的封装有两个焊接面，即盖板与管壳焊接以及管壳与基板焊接，目前主要有两种方法进行焊接:1)采用同一种焊料，将各组件一起放到焊接炉的加热板上进行加热，使焊料熔化，然后冷却完成器件的焊接；2)采用两种不同熔点的焊料，先将盖板与管壳焊接在一起，然后再用另一种熔点较低的焊料把前面焊好的组件与基板焊接起来(也可以先焊接管壳和基板，再焊接盖板)。目前的焊接方式在针对这种需要焊接两个组件的焊接方式存在以下不足:(I)方法I将盖板、基板和管壳一起焊接，由于热量主要从与加热板直接接触的基板导热，然后通过盖板焊料传递到管壳，再传递到盖板焊料和盖板，试验器件的组装焊接。采用电流加热的炉子焊接器件，该焊接方式会导致盖板与管壳焊接处温度比管壳和基板焊接处温度低，尤其是在真空环境中焊接，会出现随着加热板升温，使基板与管壳之间的焊料熔化时，盖板处焊料尚未熔化的现象，如果要完成盖板的焊接就必须提高工艺温度，这样可能导致基板与管壳焊接处过熔，焊接不牢的现象，如果是气密性封装，往往会导致器件密封性差。(2)方法2分两次焊接，先焊接管壳与盖板，再一起与基板焊接起来(反过来也可以)。这样降低了生产效率，且增加了工艺复杂性，为避免第二次焊接出现再熔，导致过熔的现象，通常基板焊料的熔点比盖板焊料要高出50°C以上；另外随着当前国际市场对无铅产品的要求，无铅焊料必然是发展的趋势，且很多电子产品不能承受高温焊料焊接时的温度，选择两款熔点相差大于50°C，物理性能良好，且价格低的低温焊料，也是封装的一个难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决现有技术中单项加热模式导致的温度梯度较大，两次焊接导致的不易找到合适焊料，效率低的缺点，提供一种生产效率高的封装焊接装置和方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种封装焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一，将待封装器件放置于焊接炉的下加热板上；步骤二，通过上加热板 金属电极和导电块固定上加热板，使上加热板置于待封装器件的上端；步骤三，控制上加热板和下加热板的加热温度，对待封装器件进行焊接。
本发明的有益效果是采用上下加热板共同加热的方式，对需要焊接多个组件的器件从底部和顶部同时共同进行加热，解决了由于待封装器件各组件热阻导致的各个焊接点温度相差较大，影响焊接效率的问题，提高了焊接效率。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述步骤一中的待封装器件包括基板、管壳和盖板，管壳置于基板和盖板之间，所述的基板和管壳之间设有基板焊料，所述管壳和盖板之间都设有盖板焊料。采用上述进一步方案的有益效果是待封装的半导体器件在基板和管壳之间，管壳和盖板之间均设有焊料，采用同时加热，提高了焊接效率。进一步，所述步骤三中，当基板焊料与壳体和盖板焊料种类相同时，同时控制下加热板和上加热板的温度保持一致的升温曲线(升温曲线是指温度随时间的变换相同)，同时对待封装器件的基板和盖板进行加热，实现待封装器件的焊接。采用上述进一步方案的有益效果是对相同的焊料，从底部和顶部同时加热，避免了各焊接点温度相差较大，影响焊接效果的问题。进一步，所述步骤三中，当基板焊料和盖板焊料种类不同时，分别控制上加热板和下加热板的温度，对待封装器件的基板和盖板分别加热(分别加热是指，控制上加热板对盖板加热，控制下加热板对基板加热)，使基板焊料与壳体和盖板焊料存在一定的温度梯度(所谓的温度梯度，是指由于基板焊料和盖板焊料的位置不同而温度不同)，实现对基板和盖板的分别焊接，来达到不同焊料一次性焊接的效果。采用上述进一步方案的有益效果是分别控制器件基板和盖板处的焊接温度，可用于不同焊料同时进行焊接，降低产品加热的难度。进一步，所述步骤二中，所述的导电块设在上加热板金属电极和上加热板之间，通过调节导电块的厚度来调节上加热板和待封装器件的间距。采用上述进一步方案的有益效果是通过调节导电块的厚度来调节上加热板和待封装器件的间距，可以根据需要调节上加热板和待封装器件的间距，从而使得上加热板对待封装器件的加热在最有效地加热距离。进一步，所述的上加热板和待封装器件之间具有一定间距，所述间距满足使上加热板能够接触待封装器件且上加热板不挤压待封装器件。采用上述进一步方案的有益效果是保证上加热板和待封装器件的间距足够小，但不挤压待封装器件，能在保证良好的加热效果的前提下，不损坏待封装器件。一种实现上述方法的封装焊接装置，包括下加热金属电极、下加热板和绝缘垫片，下加热板固定在两个并列放置的下加热金属电极上，下加热金属电极下设有绝缘垫片，所述的两个下加热金属电极的外侧设有两个与下加热金属电极并列放置的上加热板金属电极，所述的上加热金属电极与下加热金属电极不相接触，所述的上加热板金属电极上固定有导电块，所述的上加热板固定在两个上加热板金属电极上的导电块上，所述的上加热板和下加热板上下平行，所述的上加热金属电极和下加热金属电极分别连接有独立的加热控温装置。本发明的有益效果是设置上加热板和下加热板，实现了待封装器件的顶部和底部根据焊料的需要同时独立加热。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述的上加热板金属电极上设有定位销，所述的导电块上设有导电块定位孔，所述的上加热板上设有上加热板定位孔，所述的导电块和上加热板上通过上加热板金属电极定位销定位。采用上述进一步方案的有益效果是利用定位孔和定位销定位，可以方便地根据需要更换导电块，也使得装置的安装更加方便。进一步，所述的上加热板上设有上加热板热电偶定位孔。采用上述进一步方案的有益效果是上加热板上设有上加热板热电偶定位孔，在使用中可以时刻监控上加热板的温度，确保上加热板在最合适的加热温度。进一步，所述的下加热板上设有下加热板热电偶定位孔。采用上述进一步方案的有益效果是下加热板上设有下加热板热电偶定位孔，在使用中可以时刻监控下加热板的温度，确保下加热板在最合适的加热温度。进一步，所述的下加热板上设有定位槽。采用上述进一步方案的有益效果是定位槽使得待封装器件能方便安放在下加热板上。
图1为本发明装置的结构图；图2为本发明焊接工艺各组件分离的示意图；图3为本发明待封装器件图；图4为本发明金属电极结构图；图5为本发明下加热板结构图；图6为本发明导电块结构图；图7为本发明上加热板结构图。附图中，各标号所代表的部件列表如下1、管壳，2、下加热板，3、导电块，4、上加热板，5、待封装器件，6、绝缘垫片，7、下加热板金属电极，8、下加热板金属电极定位销，9、上加热板金属电极，10、上加热板金属电极定位销，11、下加热板定位孔，12、下加热板热电偶定位孔,13、定位槽,14、导电块定位孔，
15、上加热板定位孔，16、上加热板热电偶定位孔，17、基板，18、盖板，19、盖板焊料，20、基板焊料。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本发明采用两对电极分别控制上下加热板的方式，同时对待封装器件5的基板17和盖板18 (如图3)进行加热，使盖板焊料19和基板焊料20熔化，完成盖板18、基板17和管壳I的焊接。图3是本发明主要组件的分离图，主要包括了上加热板金属电极9、下加热板金属电极7、下加热板2、导电块3、上加热板4以及待封装器件5组成。金属电极如图4所示，共有两对电极结构，其中绝缘垫片6是保证电极与焊接炉子的腔体电导通；下加热板金属电极7是连接下加热板2，对下加热板2通电进行加热，下加热板金属电极定位销8对下加热板2进行固定；上加热板金属电极9连接导电块3，再通过导电块3连接上加热板4，对上加热板4通电加热，上加热板金属电极定位销10对导电块3和上加热板4进行定位。图5是下加热板2，其下加热板定位孔11与下加热板金属电极定位销8对应，固定下加热板2的位置；下加热板热电偶定位孔12插入热电偶探测下加热板2的温度，并反馈给温控系统，实现下加热板2的温度控制；定位槽13对待封装器件5进行固定。然后将导电块定位孔14插入上加热板金属电极定位销10固定导电块3 (如图7)，将图7的上加热板定位孔15插入上加热板金属电极定位销10，保证上加热板4与导电块3良好电连接，将上加热板热电偶定位孔16插入热电偶探测上加热板4的温度，并反馈给温控系统，实现对上加热板4的温度控制。图2是组装起来的模型，通过调节导电块3的厚度来控制上加热板4与待封装器件5的间距，尽量保证间距足够小(〈100 μ m)，以保证上加热板4对待封装器件5具有良好的加热效果，但要避免上加热板4与待封装器件5接触，压坏待封装器件5。分别控制上加热板2和下加热板4的温度，来实现对待封装器件5的基板17和盖板18单独加热，实现待封装器件5的焊接。如果待封装器件5采用的盖板焊料19和基板焊料20是同种焊料，可控制下加热板2和上加热板4的温度，保持一致的升温曲线，同时对待封装器件5的基板17和盖板18进行加热，来实现待封装器件5的焊接；如果盖板焊料19和基板焊料20不是同种焊料，其焊接温度存在一定梯度，可分别控制上加热板4和下加热板2，分别对待封装器件5的基板17和盖板18进行加热，使盖板焊料19和基板焊料20存在一定的温度差，实现不同焊料焊接。如图1所示，本发明的一种封装焊接装置，包括下加热金属电极7、下加热板2和绝缘垫片6，下加热板2固定在两个并列放置的下加热金属电极7上，下加热金属电极7下设有绝缘垫片6，两个下加热金属电极7的外侧设有两个与下加热金属电极7并列放置的上加热板金属电极9，上加热金属电极9与下加热金属电极7不相接触，上加热板金属电极9上固定有导电块3，上加热板4固定在两个上加热板金属电极9上的导电块3上，上加热板4和下加热板2上下平行，上加热金属电极9和下加热金属电极7分别连接各自独立的加热控温装置。上加热板金属电极9上设有上加热板金属电极定位销10，导电块3和上加热板4上均设有定位孔，导电块3和上加热板4上通过上热板金属电极定位销10定位，上加热板4上设有上加热板热电偶定位孔16，下加热板上设有下加热板热电偶定位孔15，下加热板上设有定位槽13。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种封装焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，将待封装器件放置于焊接炉的下加热板上； 步骤二，通过上加热板金属电极和导电块固定上加热板，使上加热板置于待封装器件的上端； 步骤三，控制上加热板和下加热板的加热温度，对待封装器件进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种封装焊接的方法，其特征是:所述步骤一中的待封装器件包括基板、管壳和盖板，管壳置于基板和盖板之间，所述的基板和管壳之间设有基板焊料，所述管壳和盖板之间设有盖板焊料。
3.根据权利要求2所述的一种封装焊接的方法，其特征是:所述步骤三中，当基板焊料和盖板焊料种类相同时，同时控制下加热板和上加热板的温度保持一致的升温曲线，同时对待封装器件的基板和盖板进行加热，实现器件的焊接。
4.根据权利要求2所述的一种封装焊接的方法，其特征是:所述步骤三中，当基板焊料和盖板焊料种类不同时，分别控制上加热板和下加热板的温度，对待封装器件的基板和盖板分别加热，使基板焊料与盖板焊料存在一定的温度梯度，实现对基板和盖板的分别焊接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种封装焊接的方法，其特征是:所述步骤二中，所述的导电块设在上加热板金属电极和上加热板之间，通过调节导电块的厚度来调节上加热板和待封装器件的间距。
6.根据权利要求书5所述的一种封装焊接的方法，其特征是:所述的上加热板和待封装器件之间具有一定间距，所述间距满足使上加热板能够接触待封装器件且上加热板不挤压待封装器件。
7.一种封装焊接装置，包括下加热金属电极、下加热板和绝缘垫片，下加热板固定在两个并列放置的下加热金属电极上，下加热金属电极下设有绝缘垫片，其特征是:所述的两个下加热金属电极的外侧设有两个与下加热金属电极并列放置的上加热板金属电极，所述的上加热金属电极与下加热金属电极不相接触，所述的上加热板金属电极上固定有导电块，所述的上加热板固定在两个上加热板金属电极上的导电块上，所述的上加热板和下加热板上下平行，所述的上加热金属电极和下加热金属电极分别连接有独立的加热控温装置。
8.根据权利要求6所述的一种封装焊接装置，其特征是:所述的上加热板金属电极上设有定位销，所述的导电块上设有导电块定位孔，所述的上加热板上设有上加热板定位孔，所述的导电块和上加热板上通过上加热板金属电极定位销定位。
9.根据权利要求6所述的一种封装焊接装置，其特征是:所述的上加热板上设有上加热板热电偶定位孔。
10.根据权利要求6所述的一种封 装焊接装置，其特征是:所述的下加热板上设有下加热板热电偶定位孔。
11.根据权利要求6所述的一种封装焊接装置，其特征是:所述的下加热板上设有定位槽。
全文摘要
本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种封装焊接方法和装置。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种封装焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一，将待封装器件放置于焊接炉的下加热板上；步骤二，通过金属电极和导电块固定上加热板，使上加热板置于待封装器件的上端；步骤三，控制上加热板和下加热板的温度，完成对待封装器件的焊接。本发明的有益效果是采用上下加热板共同加热的方式，对需要焊接多个组件的器件从底部和顶部同时共同进行加热，解决了由于待封装器件各组件热阻导致的各个焊接点温度相差较大，影响焊接效率的问题，提高了焊接效率。
文档编号B23K1/008GK103071876SQ20131000252
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月5日 优先权日2013年1月5日
发明者陈文祥, 熊笔锋 申请人:烟台睿创微纳技术有限公司