芯片加压焊接工装的制作方法

本发明涉及微组装芯片共晶焊接领域。

背景技术：

随着微波混合集成电路向高性能、小型化、轻量化、高可靠以及低成本方向发展，使用裸芯片替代封装器件，采用微波多芯片组件技术实现装配已成为通用做法。微波多芯片组件的功能都是通过功能各异的芯片来实现的，各类单片微波集成电路芯片在单一基片上集成了具有较为完整功能的电路，在微波通讯系统中发挥着重要的作用，是微波多芯片组件组装的核心。这些芯片在使用时需要将芯片装配到热匹配的散热载体上，实现的方法有导电胶粘接和共晶焊接。与导电胶粘接相比，共晶焊接具有接触电阻低、传热效率高、散热均匀、焊接强度高、工艺一致性好等优点，适用于高频、大功率器件的装配。因此，高功率芯片的装配通常使用共晶焊接的方式。

在传统的共晶方法中，主要采用在热台上手持镊子手动共晶的方式，在惰性气体氛围中利用镊子产生机械振动使芯片与载体之间产生摩擦，排除掉焊料中的氧化物以及焊接区域的起泡，从而实现低空洞率共晶焊接。但是该方法不再适用于新的产品形态与产能要求。第一，在多芯片共晶时，依次摩擦的方式会使前面焊接的芯片长时间受热，有造成器件损伤的风险，并且在第二只芯片焊接操作时容易影响到第一只芯片；第二，在单片微波集成电路芯片中，基材大多数为gaas，材料极脆，镊子在施加力时容易损伤芯片。因此有必要采用新型工艺手段解决上述问题。

真空可控气氛共晶炉可实现器件的各种共晶工艺。共晶时无需使用助焊剂，并具有抽真空或充惰性气体的功能，在真空下可以有效的减少空洞。在共晶时由于有气流变化，为防止芯片移动用夹具定位就是必须的。应用专用夹具就能实现多芯片一次共晶焊接。多芯片共晶焊接时，由于芯片的尺寸越来越小，数量越来越多，就必须采用特制的夹具工装来完成。这类夹具不但具有固定芯片和焊料位置的功能，还要具有对芯片施加一定压力的功能，本身还要具有易操作、耐高温不变形的特性。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种加压焊接工装，能将多个芯片与载体一次性装配并焊接，能够避免对芯片的损伤，并减少芯片与载体间焊接的空洞。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种芯片加压焊接工装，包括底板、立柱、横梁、基板、定位板、定位盖、压针和压头，其特征在于：所述的横梁通过立柱固连在底板上方；所述的基板安装在底板上，基板上设置有安放芯片载体的芯片载体凹槽；所述的定位板安装在基板上，定位板上开有上下贯通的定位框，定位框的形状与需同时焊接的芯片拼接后的形状相同；与芯片大小一致的焊片和芯片依次置于定位框内；所述的定位板上方通过定位盖封闭，定位盖上设有与芯片数量和位置相对应的压针导向孔；所述的压头安装在横梁上，且压头高低能够调节，与芯片数量相同的压针一端穿过压针导向孔挤压芯片，另一端通过挤压弹簧与压头固连。

所述的压头上端通过挤压弹簧固连螺杆下端，螺杆置于螺管中，螺杆上端通过螺母与螺管上端固连；所述的螺管为设有外螺纹的中空圆柱，外壁与横梁上的通孔螺纹连接。

所述的横梁一端设置有上下贯通的通孔，另一端设置有上下贯通侧向开放的长槽；销螺钉穿过通孔后将横梁一端安装在一个立柱的上端，且横梁能够绕立柱轴线转动；底板上另一个立柱的上端为为螺柱，当横梁转动到所述螺柱置于长槽内时，在螺柱上安装锁紧螺母固定横梁。

所述的底板上设置有安放基板的定位沉孔，所述的基板下表面凸起有定位圆台，与底板的定位沉孔匹配。

所述的基板、定位板、定位盖通过定位销固连。

所述的压头和压针之间的弹簧采用c型弹性簧片。

本发明的有益效果是：可以同时将多个芯片与芯片载体一次焊接，避免芯片多次受热，减少芯片受损的风险；可以同时对多个芯片定位和施加微小的压力(压力可调)，降低空洞率确保焊接质量。

附图说明

图1为本发明的装配剖面结构示意图。

图2为本发明的装配爆炸图。

图3为本发明基板的结构示意图。

图4为本发明定位板的结构示意图。

图5为本发明定位盖的结构示意图。

图6为本发明c形弹性簧片结构示意图。

图7为本发明压针结构示意图。

图8为本发明压头结构示意图。

图9为本发明螺管结构示意图。

图10为本发明螺杆结构示意图。

图11为本发明横梁结构示意图。

图12为本发明底板结构示意图。

图中，1-底板，2-左立柱，3-横梁，4-销螺钉，5-螺母，6-紧定螺母，7-螺杆，8-圆柱弹簧，9-螺管，10-锁紧螺母，11-右立柱，12-内六方螺钉，13-弹簧垫圈，14-锥铆钉，15-压头，16-c形弹性簧片，17-压针，18-定位销，19-定位盖，20-定位板，21-基板，22-芯片，23-焊片，24-芯片载体，25-基板芯片载体凹槽，30-基板定位圆台，35-基板定位销孔，45-芯片定位框，50-定位板定位销孔，55-定位盖压针导向孔，60-定位盖定位销孔，70-c形弹性簧片铆钉孔，75-c形弹性簧片铆钉孔，80-压针铆钉孔，85-压针导向圆柱，90-压针底面，95-压头圆柱面，100-压头铆钉孔，110-压头导向圆柱，115-压头弹簧接触面，120-螺管内孔，125-螺管外螺纹，130-螺管内孔，135-螺杆外螺纹，140-螺管圆柱面，145-横梁螺纹孔，146-横梁销螺钉孔，147-横梁长槽孔，150-底板定位沉孔，155-底板定位销孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供的芯片加压焊接工装包括：底板、左立柱、右立柱、横梁和锁紧螺母、销螺钉、基板、定位板、圆柱销、定位盖、压针、压头、c形弹性簧片、锥铆钉、圆柱弹簧、螺杆、螺管、螺母。所述底板和横梁通过左立柱、右立柱用销螺钉和锁紧螺母连接，且横梁可以绕左立柱上安装的销螺钉转动，转到右立柱位置时可通过锁紧螺母锁定。所述底板上设置有安放基板的定位沉孔，基板上设置有安放芯片载体的芯片载体凹槽和定位销，其芯片载体凹槽的形状与尺寸和需同时焊接芯片的数量与形状相关，将芯片载体放入基板的芯片载体凹槽内，再将定位板通过基板上的定位销安装在基板上，裁剪与芯片大小一致的焊片放入定位板上的定位框内，在定位框内放入芯片后通过基板上的定位销定位装入定位盖，定位盖上设有与芯片数量和位置相对应的压针导向孔。在压针与压头之间采用c形弹性簧片通过锥铆钉铆接后装入螺管，在螺管中分别依次装入圆柱弹簧、螺杆、螺母，将组件装入横梁对应的螺纹孔内，将压针对准定位盖上对应的导向孔，调整螺管高度、调节螺杆控制圆柱弹簧压力，使压针对芯片的压力在许可范围之内。由于压针长度和芯片厚度微小的差别使压针不能同时接触到芯片，从而导致压针底面有的接触到芯片上表面有的接触不到，借助c形弹性簧片的作用可以克服上述缺陷，使各压针的底面都接触到芯片上表面，并且作用力也都可以施加到芯片上。组装完成后即可放入共晶炉中的焊台上进行焊接。

所述基板上的芯片载体凹槽与需焊接的芯片形状、数量和尺寸相匹配。

所述定位板上的芯片定位方框与需焊接的芯片形状、数量和尺寸相匹配。

所述定位盖上的导向孔数量和位置与需焊接芯片的位置和数量相匹配。

所述基板上的定位销与定位板、定位盖上的定位销孔位置和尺寸相匹配。

所述压针、c形弹性簧片的数量和位置与需焊接的芯片数量和位置尺寸相匹配。

所述压头的大小与芯片的数量和尺寸是相关联的。

所述螺管的内径与压头、圆柱弹簧、螺杆的形状与尺寸相匹配。

所述螺管外径与横梁上的螺纹孔的尺寸相匹配。

所述底板、左、右立柱、横梁通过销螺钉、锁紧螺母、内六方螺钉连接。

如图1至图12所示，本发明的实施例公开了一种芯片加压焊接工装，包括基板1、左立柱2、横梁3、销螺钉4、螺母5、紧定螺母6、螺杆7、圆柱弹簧8、螺管9、锁紧螺母10、右立柱11、内六方螺钉12、弹簧垫圈13、锥铆钉14、压头15、c形弹性簧片16、压针17、定位销18、定位盖19、定位板20、基板21、芯片22、焊片23、芯片载体24。其中左立柱2、右立柱11安装在基板1上通过沉孔155用螺钉12、弹簧垫圈13紧固连接，横梁3安装左立柱2、右立柱11上通过销螺钉4、锁紧螺母10连接。基板21安装在底板1上通过基板21上的定位圆台30与底板1上的定位沉孔150定位，基板21上的销孔35装有定位销18，在基板的芯片载体凹槽25内装入芯片载体24，通过定位销18将定位板20装到基板21上，在定位板上的两个芯片定位框45内放入焊片23、芯片24，再通过定位销18将定位盖19装到定位板20上。在压针17与压头15之间采用c形弹性簧片16通过锥铆钉14铆接后装入螺管9，在螺管9中分别依次装入圆柱弹簧8、螺杆7、螺母5，将组件装入横梁3对应的螺纹孔145内，将压针17对准定位盖19上对应的导向孔55，调整螺管高度、调节螺杆7控制圆柱弹簧8压力使压针对芯片的压力在许可范围之内。

如图3所示，本实施例中基板21中心设置有与待焊接芯片载体形状与尺寸相匹配的芯片载体凹槽25和用于安装定位销18的销孔35。

如图4所示，本实施例中定位板20中心设置有与待焊接芯片数量与尺寸相匹配的芯片定位框45，和定位销孔50。

如图5所示，本实施例中定位盖19设置有与基板21、定位板20上的定位销孔35、50相匹配的定位销孔60以及与待焊接的芯片数量及位置尺寸相匹配的压针导向孔55。

如图6所示，本实施例中c形弹性簧片16在上部设置有与压头15上的铆钉孔100相匹配的铆钉孔70，在下部设置有与压针17上的铆钉孔80相匹配的铆钉孔75。

如图7所示，本实施例中的压针17上部设置有与锥铆钉14相匹配的铆钉孔80，压针17圆柱面85与定位盖19上的压针导向孔55相匹配。

如图8所示，本实施例中的压头15下部设置有与锥铆钉14相匹配的铆钉孔100，圆柱面95、110与螺管9上的孔120、130相匹配。

如图9所示，本实施例中的螺管9外圆设置有与横梁3上的螺纹孔145相匹配的外螺纹125，在中心设有台阶孔120、130，其大小与压头15上的圆柱面95、110及螺杆7上的圆柱面135、140相匹配。

如图10所示，本实施例中的螺杆7外周设置有与螺母5上的螺纹孔相匹配的外螺纹135，在下端设有轴肩140，其大小与螺管9上的圆柱面120相匹配。

如图11所示，本实施例中的横梁3上设置有与螺管9外螺纹125相匹配的螺纹孔145，在左端设有与销螺钉4匹配的销孔146，右端设有与右立柱11相对应的开放长槽147。

如图12所示，本实施例中的底板1设置有与基板21上的定位圆台30相对应的沉孔150，并在两端底面设有沉孔155用紧固件12、13与左立柱2和右立柱11连接。

本实施例所设计工装可根据需焊接芯片的数量和芯片形状尺寸进行设计，其设计原则不变。

根据上述结构描述，将以上所述部件按照其功能如图1所示进行对接装配，其横梁3和底板1通过左立柱2、右立柱11用销螺钉4、紧固件12、13连接，横梁3可以绕销螺钉4转动，转到右立柱11上时通过锁紧螺母10锁紧。将圆柱销18装入基板21上的定位销孔35后放入底板1上的沉孔150，在基板21上的凹槽25内放入芯片载体24，再将定位板20通过定位销孔50装到基板21上。再在定位板20上的芯片定位框45内依次装入焊片23、芯片22后将定位盖19通过定位销18装入基板21上。将c形弹性簧片16通过孔70、75分别与压头15上的孔100和压针17上的孔80用锥铆钉14铆紧，将其装入螺管9的内孔120和130，再在螺管9内装入圆柱弹簧8、螺杆7后装入螺母5。组装完螺管9组件后将其装入横梁3的螺纹孔145内，将压针17对准定位盖19上的压针导向孔55，缓慢通过导向孔55将压针17的底面90与芯片22接触，调整螺杆7使其通过圆柱弹簧8、c形弹性簧片16对芯片22施加适当的压力。调整完成后用螺母6锁紧螺杆7。至此该工装就组装完毕。

本发明用于芯片焊接加压工装引入了可以同时对芯片施加压力，通过螺杆对弹簧施力，借助c形弹性簧片与压针分别连接，通过弹性变形使各个压针分别与芯片接触，从而避免了由于压针制造所带来误差使压针不能同时与芯片接触的弊端以及手工焊接时用镊子施加压力易对芯片照成损坏。

综上所述，本发明芯片焊接加压工装具有如下优势：

一、可以同时对多个芯片进行焊接，降低了多次加热对芯片损伤的风险。

二、利用圆柱弹簧、c形弹性簧片分别通过压针对芯片施加压力，避免了手工焊接时用镊子施加压力对芯片的损坏。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均属于本发明的保护范围。