一种芯片自动焊接工艺及焊接装置的制作方法

本发明属于芯片制造技术领域，具体涉及一种芯片自动焊接工艺及焊接装置。

背景技术：

目前的to252芯片焊接工艺的主要流程如下，在料片的各个晶粒安装位置上分别点涂银浆，然后使用固晶机抓取晶粒，逐个将晶粒抓取到各个晶粒安装位置上焊接，然后使用打线机逐个在各个晶粒的引脚位置点涂银浆，并接上铝线，后续进行封装等工艺。

上述工艺的点涂银浆、焊接过程均需要逐个进行，加工效率低，单台设备的加工效率大致为2-3k个/h。且由于固定晶粒过程中的加工环境小，难以配置抽气装置，所以只能采用银浆作为焊料(锡膏含有一定量的杂质，在高温焊接过程中会产生杂质气体，杂质气体会影响焊接过程的进行)，银浆的成本相对较高，导致芯片的整体成本高。

现有技术中也有采用芯片整体加热焊接的装置，例如申请号为cn202011459763.4的中国发明专利申请《真空炉装置及其工作方法》，该装置是将芯片基板整体防止在加热炉内，从而使所有晶体同时完成焊接，并在负压和氮气环境中实施焊接，避免了锡膏内气体杂质对焊接造成的不良影响，该焊接装置具有预热段和加热段，然而该装置仅在加热段实施抽正空和充氮气的操作，实际上在预热过程中杂质产生的气体也会对芯片造成一定的腐蚀。另外上述装置每次加热都需要重新制造负压环境，且炉内输送装置结构过于复杂，影响加工效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种芯片自动焊接工艺及焊接装置，能够在芯片高温焊接过程中有效避免杂质产生的气体对芯片造成腐蚀。

本发明采取的技术方案具体如下：

一种芯片自动焊接工艺，包括如下步骤：

步骤1：以金属料片作为基板，利用丝网印刷装置将锡膏涂抹在基板的晶粒安装区域；

步骤2：利用固晶机抓取晶粒并将晶粒放置在基板上涂抹锡膏了的区域；

步骤3：利用点胶装置在晶粒表面点涂锡膏；

步骤4：利用芯片打线机在引脚位置安装跳线；

步骤5：将基板送入焊接炉内加热，使锡膏充分融化；

步骤6：加热后的基板进行冷却使锡膏固化，芯片自动焊接完成；

上述步骤中，所述基板以石墨舟为载具进行转移；

所述步骤5中，焊接炉包括一加热通道，加热通道内设有输送机构，加热通道包括预热段和加热段，预热段温度为200℃-280℃，加热段温度为300℃-400℃；加热通道两端设有用于将加热通道与外部大气隔绝的过渡仓，加热通道内具有负压，且加热通道内充入氮气。

一种焊接装置，包括焊接炉，所述焊接炉包括一加热通道，加热通道内设有用于输送石墨舟的输送机构，加热通道包括预热段和加热段，预热段和加热段内设有加热装置；加热通道的进料端设有沿物料输送方向间隔设置的第一气闸和第二气闸，第一气闸与第二气闸之间的区域构成第一过渡仓；加热通道的出料端沿物料输送方向间隔设置有第三气闸和第四气闸，第三气闸和第四气闸之间的区域构成第二过渡仓；所述加热通道上设有真空管路和氮气管路分别用于对加热通道进行抽真空和充入氮气；所述预热段和加热段位于第二气闸和第三气闸之间。

所述加热通道外部设有二位三通换向阀a和二位三通换向阀b，二位三通换向阀a具有接口a、接口b和接口c，二位三通换向阀a具有工位a和工位b，当位于工位a时接口a与接口b导通并与接口c断开，当位于工位b时接口a与接口b断开并与接口c导通；所述接口a与第一过渡仓连通，接口b与加热通道的中部空间连通，接口c与大气连通；二位三通换向阀b具有接口d、接口e和接口f，二位三通换向阀b具有工位c和工位d，当位于工位c时接口d与接口e导通并与接口f断开，当位于工位d时接口d与接口e断开并与接口f导通；所述接口d与第二过渡仓导通，接口e与加热通道的中部空间连通，接口f与大气连通。

所述第一气闸、第二气闸和二位三通换向阀a之间设有第一联动机构，第一联动机构被装配为当第一气闸开闭一次时能够将二位三通换向阀a切换至工位工位a，且当第二气闸开闭一次能够将二位三通换向阀a切换至工位b；所述第三气闸、第四气闸和二位三通换向阀b之间设有第二联动机构，第二联动机构被装配为当第三气闸开闭一次能够将二位三通换向阀b切换至工位d，且当第四气闸开闭一次能够将二位三通换向阀b切换至工位c。

所述二位三通换向阀a包括阀壳和阀芯，阀芯为圆柱状并沿轴线方向滑动设置在阀壳内，阀芯的圆柱面上设有环槽，所述接口a接口b和接口c分别是沿阀芯径向开设在阀壳上的孔道，接口a、接口b和接口c沿阀芯轴线方向错开设置，其中接口a位于接口b和接口c之间，阀芯滑动过程中，当所述环槽位于接口b与接口a之间时即为所述工位a，当所述环槽位于接口a与接口c之间时即为所述工位b。

所述第一联动机构包括沿竖直方向与第一气闸活动连接的第一驱动架，第一驱动架与第一气闸之间设有用于驱动第一气闸相对于第一驱动架下行的第一压簧；第一联动机构还包括沿竖直方向与第二气闸活动连接的第二驱动架，第二驱动架与第二气闸之间设有用于驱动第二气闸相对于第二驱动架下行的第二压簧；所述第二驱动架上设有驱动杆，驱动杆与第二驱动架枢接，驱动杆一端朝向二位三通换向阀a的阀芯端部设置且该端设有滚轮，驱动杆与第二驱动架之间设有限位块，限位块被装配为使驱动杆上滚轮所在的一端只能向下摆动不能向上摆动；所述阀芯的端部设有与所述滚轮配合的楔形块，阀芯与阀壳之间设有第三压簧，第三压簧被装配为其弹力能够驱使阀芯向靠近驱动杆的方向滑动；当第二驱动架自上而下运动时所述滚轮与楔形块挡接，滚轮挤推楔形块使阀芯向远离驱动杆的方向滑动，第二驱动架下行至行程最低位置时所述滚轮能够与楔形块脱离；所述阀芯与阀壳之间设有锁止机构，锁止机构被装配为当滚轮将阀芯挤推至远离驱动杆的工位时锁止机构能够将阀芯保持在该工位，且当第一驱动架下行时锁止机构能够将阀芯释放以使其在第三压簧的作用下向靠近驱动杆的方向滑动。

所述锁止机构包括沿阀芯径向与阀壳滑动连接的锁止销，以及阀芯上开设的锁止槽，所述锁止销与阀壳之间设有第四压簧，当阀芯滑动至锁止槽与锁止销相对时锁止销会在第四压簧的作用下插入锁止槽内；所述锁止销上设有解锁板，所述第一驱动架上设有解锁驱动板，解锁板和解锁驱动板上设有相互配合的斜楔块，当第二驱动架下行时解锁驱动板通过斜楔块挤推所述锁止销并使其从锁止槽内抽离；当第二驱动架下行至行程最低位时解锁驱动板与解锁板脱离，所述解锁驱动板与第二驱动架枢接，第二驱动架上设有用于限制解锁驱动板摆动行程的挡块，挡块被装配为使解锁驱动板上与驱动板相配合的一端只能向下摆动不能向上摆动。

所述驱动杆和解锁驱动板上设有用于使二者保持在水平状态的复位单元，所述复位单元为扭簧或配重块；所述第一驱动架包括第一导杆，第一导杆沿竖直方向与第一气闸滑动连接，且第一导杆上设有与第一气闸底面挡接的第一托环；所述第二驱动架包括第二导杆，第二导杆沿竖直方向与第二气闸滑动连接，且第二导杆上设有与第二气闸的底面挡接的第二托环；所述第一导杆和第二导杆分别与加热通道底部设置的活塞杆的顶杆固接。

所述输送机构包括加热通道内设置的滑道，所述滑道两侧设有沿加热通道长度方向往复运动设置的滑杆，所述滑杆上设有棘片，棘片凸伸至滑道内并与滑道内的石墨舟边缘挡接，所述棘片与滑杆转动连接，滑杆上设有用于限制棘片转动角度的凸块，棘片上设有竖直挡销，所述滑杆上铰接设置有垂摆单元，所述垂摆单元的上端与挡销挡接，垂摆单元的下端设有摆块，常态下棘片在垂摆单元的重力作用下凸伸在滑道内，此时若滑杆向加热通道出料端运动则棘片能够推动石墨舟向出料端进给，若滑杆向加热通道进料端运动则棘片在石墨舟的阻挡下摆动至滑道外侧并将垂摆单元抬起，当棘片与石墨舟脱离后棘片能够在垂摆单元的重力作用下复位即重新凸伸至滑道内；所述滑杆上设有齿条，所述齿条与一齿轮啮合，齿轮与一转轴连接，转轴凸伸至加热通道底部并与一私服电机的主轴固接。

所述加热装置设置在滑道下方。

本发明取得的技术效果为：本发明在将加热通道的预热段和加热段都放置于负压和氮气环境中，有效避免锡膏杂质受热产生的气体对芯片造成腐蚀；另外本发明在加热通道的两端设置过渡仓，进料和出料过程中保证加热通道主体始终与外部大气隔绝，营造出相对恒定的负压环境，避免反复抽排气，提高了焊接加工效率。

附图说明

图1是本发明的实施例所提供的加热通道的立体结构示意图；

图2是图1的i局部放大视图；

图3是本发明的实施例所提供的加热通道的端面视图；

图4是图3的a-a剖视图及其局部放大视图；

图5是图3的b-b剖视图；

图6是图5的c-c剖视图；

图7是本发明的实施例所提供的输送机构的立体结构示意图及其局部放大视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

一种芯片自动焊接工艺，包括如下步骤：

步骤1：以金属料片作为基板2，利用丝网印刷装置将锡膏涂抹在基板2的晶粒安装区域；

步骤2：利用固晶机抓取晶粒并将晶粒放置在基板2上涂抹锡膏了的区域；

步骤3：利用点胶装置在晶粒表面点涂锡膏；

步骤4：利用芯片打线机在引脚位置安装跳线；

步骤5：将基板2送入焊接炉内加热，使锡膏充分融化；

步骤6：加热后的基板2进行冷却使锡膏固化，芯片自动焊接完成；

上述步骤中，所述基板2以石墨舟1为载具进行转移；

所述步骤5中，焊接炉如图1、5所示,包括一加热通道10，加热通道10内设有输送机构，加热通道10包括预热段101和加热段102，预热段101温度为200℃-280℃，加热段102温度为300℃-400℃；加热通道10两端设有用于将加热通道10与外部大气隔绝的过渡仓，加热通道10内具有负压，且加热通道10内充入氮气。本发明在将加热通道10的预热段101和加热段102都放置于负压和氮气环境中，有效避免锡膏杂质受热产生的气体对芯片造成腐蚀；另外本发明在加热通道10的两端设置过渡仓，进料和出料过程中保证加热通道10主体始终与外部大气隔绝，营造出相对恒定的负压环境，避免反复抽排气，提高了焊接加工效率。

具体的，如图5所示，预热段101和加热段102内设置加热装置17；加热通道10的进料端设有沿物料输送方向间隔设置的第一气闸11和第二气闸12，第一气闸11与第二气闸12之间的区域构成第一过渡仓103；加热通道10的出料端沿物料输送方向间隔设置有第三气闸13和第四气闸14，第三气闸13和第四气闸14之间的区域构成第二过渡仓104；所述加热通道10上设有真空管路15和氮气管路16分别用于对加热通道10进行抽真空和充入氮气；所述预热段101和加热段102位于第二气闸12和第三气闸13之间。本发明通过设置的四道气闸在加热通道10的前后两端分隔出第一过渡仓103和第二过渡仓104，通过四道气闸的开闭实现过渡仓与加热通道10和外部大气的交替连通，保证加热通道10密闭的前提下实现物料的自由进出。

进一步的，如图1-4所示，所述加热通道10外部设有二位三通换向阀a31和二位三通换向阀b32，二位三通换向阀a31具有接口a3121、接口b3122和接口c3123，二位三通换向阀a31具有工位a和工位b，当位于工位a时接口a3121与接口b3122导通并与接口c3123断开，当位于工位b时接口a3121与接口b3122断开并与接口c3123导通；所述接口a3121与第一过渡仓103连通，接口b3122与加热通道10的中部空间连通，接口c3123与大气连通；二位三通换向阀b32具有接口d、接口e和接口f，二位三通换向阀b32具有工位c和工位d，当位于工位c时接口d与接口e导通并与接口f断开，当位于工位d时接口d与接口e断开并与接口f导通；所述接口d与第二过渡仓104导通，接口e与加热通道10的中部空间连通，接口f与大气连通。本发明通过换向阀实现过渡仓与加热通道10和大气的提前导通，其作用是在闸门开启之前使过渡仓提前适应加热通道10或外部大气的气压环境，避免闸门开启瞬间产生高速气流，进而避免该气流对尚未完成焊接的晶粒造成扰动导致其错位。

进一步的，如图2、4所示，所述第一气闸11、第二气闸12和二位三通换向阀a31之间设有第一联动机构，第一联动机构被装配为当第一气闸11开闭一次时能够将二位三通换向阀a31切换至工位工位a，且当第二气闸12开闭一次能够将二位三通换向阀a31切换至工位b；所述第三气闸13、第四气闸14和二位三通换向阀b32之间设有第二联动机构，第二联动机构被装配为当第三气闸13开闭一次能够将二位三通换向阀b32切换至工位d，且当第四气闸14开闭一次能够将二位三通换向阀b32切换至工位c。本发明通过联动机构实现闸门与换向阀的联动配合，无需使用传感器或电磁阀对换向阀进行控制，避免这些电子元件在高温环境下失效而导致设备无法正常运转的情况，提高了设备的可靠性。

优选的，所述二位三通换向阀a31包括阀壳312和阀芯311，阀芯311为圆柱状并沿轴线方向滑动设置在阀壳312内，阀芯311的圆柱面上设有环槽3111，所述接口a3121接口b3122和接口c3123分别是沿阀芯311径向开设在阀壳312上的孔道，接口a3121、接口b3122和接口c3123沿阀芯311轴线方向错开设置，其中接口a3121位于接口b3122和接口c3123之间，阀芯311滑动过程中，当所述环槽3111位于接口b3122与接口a3121之间时即为所述工位a，当所述环槽3111位于接口a3121与接口c3123之间时即为所述工位b。所述第一联动机构包括沿竖直方向与第一气闸11活动连接的第一驱动架21，第一驱动架21与第一气闸11之间设有用于驱动第一气闸11相对于第一驱动架21下行的第一压簧111；第一联动机构还包括沿竖直方向与第二气闸12活动连接的第二驱动架22，第二驱动架22与第二气闸12之间设有用于驱动第二气闸12相对于第二驱动架22下行的第二压簧121；所述第二驱动架22上设有驱动杆221，驱动杆221与第二驱动架22枢接，驱动杆221一端朝向二位三通换向阀a31的阀芯311端部设置且该端设有滚轮222，驱动杆221与第二驱动架22之间设有限位块223，限位块223被装配为使驱动杆221上滚轮222所在的一端只能向下摆动不能向上摆动；所述阀芯311的端部设有与所述滚轮222配合的楔形块313，阀芯311与阀壳312之间设有第三压簧314，第三压簧314被装配为其弹力能够驱使阀芯311向靠近驱动杆221的方向滑动；当第二驱动架22自上而下运动时所述滚轮222与楔形块313挡接，滚轮222挤推楔形块313使阀芯311向远离驱动杆221的方向滑动，第二驱动架22下行至行程最低位置时所述滚轮222能够与楔形块313脱离；所述阀芯311与阀壳312之间设有锁止机构，锁止机构被装配为当滚轮222将阀芯311挤推至远离驱动杆221的工位时锁止机构能够将阀芯311保持在该工位，且当第一驱动架21下行时锁止机构能够将阀芯311释放以使其在第三压簧314的作用下向靠近驱动杆221的方向滑动。所述锁止机构包括沿阀芯311径向与阀壳312滑动连接的锁止销315，以及阀芯311上开设的锁止槽3112，所述锁止销315与阀壳312之间设有第四压簧316，当阀芯311滑动至锁止槽3112与锁止销315相对时锁止销315会在第四压簧316的作用下插入锁止槽3112内；所述锁止销315上设有解锁板317，所述第一驱动架21上设有解锁驱动板211，解锁板317和解锁驱动板211上设有相互配合的斜楔块，当第二驱动架22下行时解锁驱动板211通过斜楔块挤推所述锁止销315并使其从锁止槽3112内抽离；当第二驱动架22下行至行程最低位时解锁驱动板211与解锁板317脱离，所述解锁驱动板211与第二驱动架22枢接，第二驱动架22上设有用于限制解锁驱动板211摆动行程的挡块312，挡块312被装配为使解锁驱动板211上与驱动板相配合的一端只能向下摆动不能向上摆动。本发明采用上述机械传动实现了换向阀与闸门的联动设计，其传动结构简单、可靠，相比于电控系统，其具有较高的稳定性和使用寿命。

优选的，如图6所示，所述驱动杆221和解锁驱动板211上设有用于使二者保持在水平状态的复位单元，所述复位单元为扭簧或配重块；所述第一驱动架21包括第一导杆，第一导杆沿竖直方向与第一气闸11滑动连接，且第一导杆上设有与第一气闸11底面挡接的第一托环；所述第二驱动架22包括第二导杆224，第二导杆224沿竖直方向与第二气闸12滑动连接，且第二导杆224上设有与第二气闸12的底面挡接的第二托环225；所述第一导杆和第二导杆224分别与加热通道10底部设置的活塞杆的顶杆固接。

本发明中的第二联动机构包括第三驱动架23和第四驱动架24，其具体传动结构与第一联动机构的结构相同，因此不再赘述。

优选的。如图6、7所示，所述输送机构包括加热通道10内设置的滑道41，所述滑道41两侧设有沿加热通道10长度方向往复运动设置的滑杆42，所述滑杆42上设有棘片43，棘片43凸伸至滑道41内并与滑道41内的石墨舟1边缘挡接，所述棘片43与滑杆42转动连接，滑杆42上设有用于限制棘片43转动角度的凸块45，棘片43上设有竖直挡销431，所述滑杆42上铰接设置有垂摆单元44，所述垂摆单元44的上端与挡销431挡接，垂摆单元44的下端设有摆块441，常态下棘片43在垂摆单元44的重力作用下凸伸在滑道41内，此时若滑杆42向加热通道10出料端运动则棘片43能够推动石墨舟1向出料端进给，若滑杆42向加热通道10进料端运动则棘片43在石墨舟1的阻挡下摆动至滑道41外侧并将垂摆单元44抬起，当棘片43与石墨舟1脱离后棘片43能够在垂摆单元44的重力作用下复位即重新凸伸至滑道41内；所述滑杆42上设有齿条421，所述齿条421与一齿轮422啮合，齿轮422与一转轴连接，转轴凸伸至加热通道10底部并与一私服电机的主轴固接。本发明利用棘片43的摆动实现与石墨舟1之间的挡接和避让，与现有技术相比，本发明的输送机构仅有水平往复运动，无需上下运动，设备结构得到极大程度的简化，可靠性更高，相应速度更快，本发明采用垂摆单元44实现棘片43的复位，垂摆单元44能够提供足够小的复位驱动力，当棘片43向进料端运动时，石墨舟1能够很容易的将棘片43推开。优选的，如图5所示，所述加热装置17设置在滑道41下方。

以下结合进料过程和出料过程对本发明的焊接装置的工作原理进行说明：

进料过程，首先第一气闸11开启，第二气闸12关闭，加热通道10进料端设置的推料机械手将上游载有芯片的石墨舟1推送至第一过渡仓103内，然后其一气闸关闭，第一气闸11关闭后通过第一联动机构使第一过渡仓103与加热通道10中部空间连通，待第一过渡仓103内的气压与加热通道10内的气压一致时第二气闸12开启，而后滑杆42向进料端滑动一个步距使棘片43勾住第一过渡仓103内的石墨舟1，然后滑杆42向出料端滑动一个步距从而将第一过渡仓103内的石墨舟1推送至加热通道10内；随后第二气闸12关闭，第二气闸12关闭后通过第一联动机构使第一过渡仓103内与外部大气连通，待第一过渡仓103的气压与外部大气压一致时再度开启第一气闸11，依次循环实现物料的输入。

出料过程，首先开启第三气闸13，滑杆42向出料端滑动一个步距，从而将加热通道10内的石墨舟1推送到第二过渡仓104内，然后滑杆42向进料端复位，第三气闸13关闭，第三气闸13关闭后通过第二联动机构使第二过渡仓104与外部大气连通，带第二过渡仓104内的气压与外部大气一致时开启第四气闸14，加热通道10出料端的取料机械手伸进第二过渡仓104内将石墨舟1取出，而后第四气闸14关闭，第四气闸14关闭后通过第二联动机构使第二过渡仓104与加热通道10连通，待第二过渡仓104内的气压与加热通道10内的气压一致时第三气闸13再次开启，依次循环实现物料的输出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。