光电外壳的金锡钎焊模具及钎焊方法与流程

1.本发明属于半导体微电子器件制备技术领域，更具体地说，是涉及一种光电外壳的金锡钎焊模具及钎焊方法。


背景技术：

2.陶瓷封装外壳通常应用于高频率、高传输速率器件封装，为其提供电、热通路、机械支撑和气密环境保护。在陶瓷封装外壳组装时通常需要使用钎焊的方式实现金属光纤管以及陶瓷组件分别连接固定金属底盘对应的安装位上。在目前现有技术中一般陶瓷封装外壳的外形尺寸较小。但是当外壳尺寸较大时特别是尺寸超过50mm*50mm后，在陶瓷封装外壳进行高温钎焊后会导致陶瓷封装外壳的变形量大且装配尺寸难保证，严重影响陶瓷封装的后续安装与使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种光电外壳的金锡钎焊模具及钎焊方法，旨在解决现有的光电外壳在尺寸较大时高温钎焊后变形量大尺寸难保证的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种光电外壳的金锡钎焊模具，包括光纤管钎焊单元与陶瓷组件钎焊单元，所述光纤管钎焊单元包括第一定位板、设置在所述第一定位板侧面上且周圈与安装凹槽相互适配的第一凸台、设置在所述第一凸台顶部处且周圈与光纤管内壁相适配的第二凸台、以及用于与第一定位板配合将光纤管加紧的第二定位板，所述陶瓷组件钎焊单元包括两个分别设置在陶瓷组件两侧的定位夹板、以及用于在定位陶瓷组件在金属底盘内安装位置的定位挡块，所述定位夹板上设置有多个用于容纳陶瓷组件引线的定位孔，所述定位夹板的周圈上还设置有多个与金属底盘上所述陶瓷组件安装位相互配合的底盘定位面。
5.在一种可能的实现方式中，所述定位挡块的顶面上还设置有用于容纳陶瓷组件与定位夹板的容纳凹槽，所述定位挡块的顶面抵靠在底盘内壁上，所述定位挡块的顶面上还设置有侧壁定位面。
6.在一种可能的实现方式中，所述定位挡块的侧面上均设置有用于所述定位挡块上容纳凹槽侧壁通过的让位缺口。
7.在一种可能的实现方式中，所述定位孔贯穿定位夹板设置，所述定位孔均包括第一导向段、与所述第一导向段相对称设置的第二导向段、以及设置在第一导向段与第二导向段之间的连接段。
8.在一种可能的实现方式中，所述第一定位板与第一凸台为一体结构，所述第二凸台与第一凸台也为一体结构。
9.本发明提供的光电外壳的金锡钎焊模具的有益效果在于：与现有技术相比，在光纤管与陶瓷组件焊接到底盘上时，首先将光纤管与焊料均安装到底盘上的安装孔内，然后将第二凸台插入到光纤管内部并保持第一凸台的周圈抵靠在安装孔的内壁上，将第二定位
板抵靠在光纤管的端部，并通过夹具将第一定位板与第二定位板夹紧使第一定位板的侧面抵靠在底盘的侧壁上。此外在陶瓷组件进行焊接时，首先将陶瓷组件上的引线穿过定位夹板上的定位孔，使定位夹板抵靠固定在陶瓷组件的侧面上，然后将焊料越过定位夹板放置到金属环的侧面，然后将陶瓷组件与定位夹板整体放置到底盘上的安装凹槽位处，使定位夹板上的底盘定位面抵靠在安装凹槽侧侧壁上，最后将定位挡块放置到陶瓷组件位于底盘内的端部处对进行陶瓷组件定位。通过第一凸台的周圈、第二凸台的周圈以及第一定位板的侧面三个定位面对光纤管进行定位，使光纤管的焊接位置更加准确，同时防止光纤管在焊接过程中变形过大。并且通过定位夹板上的底盘定位面来对陶瓷组件在底盘上安装孔内的安装位置进行定位，然后通过定位挡块对陶瓷组件在安装孔内的轴向上进行定位，可以使陶瓷组件的安装位置更加精确，同时可以有效防止陶瓷组件在焊接过程中变形过大。
10.第一方面，本发明还实施例提供一种光电外壳的金锡钎焊方法，钎焊过程中使用上述任一项所述的光电外壳的金锡钎焊模具，包括如下步骤：
11.底盘固定，使用工装或夹具将金属底盘固定牢固；
12.光纤管与焊料安装，将焊料放置到底盘上需要焊接光纤管的位置，将光纤管的凸台面放置到底盘上需要焊接光纤管的凹槽内，并使光纤管孔和金锡焊料孔位置重合，使用光纤管钎焊单元对光纤管进行定位，然后使用夹具固定；
13.陶瓷组件与焊料放置，将陶瓷组件、焊料以及陶瓷组件钎焊单元进行组装后，将陶瓷组件与陶瓷组件钎焊单元安装到底盘凹槽内，使用夹具固定；
14.陶瓷组件焊接与光纤管焊接，通过焊接设备配合焊料将光纤管焊接固定在底盘上对应位置处，同时也将陶瓷组件焊接固定在底盘上对应位置处。
15.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述光纤管与焊料安装步骤中，光纤管钎焊单元对光纤管定位包括步骤如下：
16.第一定位板安装，将第一定位板上的第二凸台插入到光纤管内部，第一凸台插入到底盘侧壁上的凹槽内，直至第一定位板的侧面抵靠在底盘的侧壁上；
17.第二定位板安装，将第二定位板抵靠在光纤管的另一端部处，并使用工装或夹具将第二定位板与第一定位板相互夹紧固定在光纤管的两个端部。
18.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，陶瓷组件与焊料放置步骤中，陶瓷组件钎焊单元对陶瓷组件定位包括步骤如下：
19.定位夹板安装，将陶瓷组件上的引线穿过定位夹板上的定位孔，使其中一个定位夹板的侧面抵靠在陶瓷组件带有金属环一侧的侧面上，将安装有定位夹板的侧面朝上，然后将焊料越过所述定位夹板套装放置在金属环平面上；
20.另一个定位夹板安装，将陶瓷组件上另一侧的引线穿过另一个定位夹板上的定位孔，使另一个定位夹板的侧面抵靠在在陶瓷组件的另一侧上；
21.陶瓷组件与定位夹板安装，将组装好的陶瓷组件与两个定位夹板安装到底盘上，并通过定位夹板上的底盘定位面抵靠在底盘上的安装位置处；
22.定位挡块安装，将定位挡块扣设在陶瓷组件位于底盘内部的一端，使定位夹板抵靠在容纳凹槽的底部，同时定位挡块的顶面抵靠在底盘的内壁上。
23.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述陶瓷组件与定位夹板安装步骤中，所述陶瓷组件带有金属环的一侧朝向底盘。
24.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述焊料为金锡焊料，所述焊料为与光纤管或陶瓷组件适配的环形。
25.本发明提供的光电外壳的金锡钎焊方法的有益效果在于：与现有技术相比，通过第一凸台的周圈、第二凸台的周圈以及第一定位板的侧面三个定位面对光纤管进行定位，使光纤管的焊接位置更加准确，同时防止光纤管在焊接过程中变形过大。并且通过定位夹板上的底盘定位面来对陶瓷组件在底盘上安装孔内的安装位置进行定位，然后通过定位挡块对陶瓷组件在安装孔内的轴向上进行定位，可以有效防止陶瓷组件在焊接过程中变形过大。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明所采用的底盘与光纤管及陶瓷组件的组装示意图；
28.图2为本发明实施例所采用的第一定位板的结构示意图；
29.图3为图2中所示的第一定位板的侧视结构示意图；
30.图4为本发明实施例所采用的第二定位板的结构示意图；
31.图5为本发明实施例所采用的定位夹板的结构示意图；
32.图6为图5中所示的定位夹板的剖视结构示意图；
33.图7为本发明实施例所采用的定位挡块的结构示意图。
34.图中：1、第一定位板；2、第一凸台；3、第二凸台；4、第二定位板；5、定位夹板；6、定位孔；7、底盘定位面；8、定位挡块；9、容纳凹槽；10、侧壁定位面；11、底盘；12、陶瓷组件；13、光纤管。
具体实施方式
35.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
36.请一并参阅图1至图7，现对本发明提供的光电外壳的金锡钎焊模具及钎焊方法进行说明。光电外壳的金锡钎焊模具，包括光纤管钎焊单元与陶瓷组件钎焊单元，光纤管钎焊单元包括第一定位板1、设置在第一定位板1侧面上且周圈与安装凹槽相互适配的第一凸台2、设置在第一凸台2顶部处且周圈与光纤管内壁相适配的第二凸台3、以及用于与第一定位板1配合将光纤管加紧的第二定位板4，陶瓷组件钎焊单元包括两个分别设置在陶瓷组件两侧的定位夹板5、以及用于在定位陶瓷组件在金属底盘内安装位置的定位挡块8，定位夹板5上设置有多个用于容纳陶瓷组件引线的定位孔6，定位夹板5的周圈上还设置有多个与金属底盘上陶瓷组件安装位相互配合的底盘定位面7。
37.本实施例提供的光电外壳的金锡钎焊模具，与现有技术相比，在光纤管与陶瓷组件焊接到底盘上时，首先将光纤管与焊料均安装到底盘上的安装孔内，然后将第二凸台3插
入到光纤管内部并保持第一凸台2的周圈抵靠在安装孔的内壁上，将第二定位板4抵靠在光纤管的端部，并通过夹具将第一定位板1与第二定位板4夹紧使第一定位板1的侧面抵靠在底盘的侧壁上。此外在陶瓷组件进行焊接时，首先将陶瓷组件上的引线穿过定位夹板5上的定位孔6，使定位夹板5抵靠固定在陶瓷组件的侧面上，然后将焊料越过定位夹板5放置到金属环的侧面，然后将陶瓷组件与定位夹板5整体放置到底盘上的安装凹槽位处，使定位夹板5上的底盘定位面7抵靠在安装凹槽侧侧壁上，最后将定位挡块8放置到陶瓷组件位于底盘内的端部处对进行陶瓷组件定位。通过第一凸台2的周圈、第二凸台3的周圈以及第一定位板1的侧面三个定位面对光纤管进行定位，使光纤管的焊接位置更加准确，同时防止光纤管在焊接过程中变形过大。并且通过定位夹板5上的底盘定位面7来对陶瓷组件在底盘上安装孔内的安装位置进行定位，然后通过定位挡块8对陶瓷组件在安装孔内的轴向上进行定位，可以使陶瓷组件的安装位置更加精确，同时可以有效防止陶瓷组件在焊接过程中变形过大。
38.需要说明的是，在陶瓷组件抵靠在定位挡块8上时，焊料应该位于陶瓷组件上金属环与底盘的侧壁之间的位置。光纤管安装后焊料套装在第一凸台2上的位置，在对光纤管与陶瓷组件进行定位的同时也可以对焊料进行固定。
39.在一些实施例中，上述特征定位挡块8可以采用如图7所示结构。参见图7，定位挡块8的顶面上还设置有用于容纳陶瓷组件与定位夹板5的容纳凹槽9，定位挡块8的顶面抵靠在底盘内壁上，定位挡块8的顶面上还设置有侧壁定位面10。具体的，陶瓷组件与定位夹板5伸入到容纳凹槽9内并抵靠在容纳凹槽9的底部，同时容纳凹槽9的顶面抵靠在底盘内壁上，通过容纳凹槽9的深度来对陶瓷组件沿安装孔轴向的位置进行限位，使陶瓷组件的安装位置更准确。
40.如图5所示，在上述定位挡块8的基础上，定位加班的侧面上均设置有用于定位挡块8上容纳凹槽9侧壁通过的让位缺口。具体的，两个让位缺口底面之间的距离小于容纳凹槽9的整体宽度，让位缺口的设置可以让定位挡块8扣装到陶瓷组件的端部更加方便，使陶瓷组件在安装孔轴向上的定位更加方便。
41.在一些实施例中，上述特征定位挡块8可以采用如6所示结构。参见图6，定位孔6贯穿定位夹板5设置，定位孔6均包括第一导向段、与第一导向段相对称设置的第二导向段、以及设置在第一导向段与第二导向段之间的连接段。具体的，第一导向段与第二导向段均为锥形，第一导向段与第二导向段的直径均自外向内逐渐减小，并且第一导向段与第二导向为相互对称设置。第一导向段与第二导向段采用此种结构，使陶瓷组件上引线插入到定位孔6更加方便
42.作为优选的，第一定位板1与第一凸台2为一体结构，第二凸台3与第一凸台2也为一体结构。可以使第一凸台2与第二凸台3之间的相对位置更加准确。
43.第一方面，本发明还实施例提供一种光电外壳的金锡钎焊方法，钎焊过程中使用上述任一项的光电外壳的金锡钎焊模具，包括如下步骤：
44.底盘固定，使用工装或夹具将金属底盘固定牢固；
45.光纤管与焊料安装，将焊料放置到底盘上需要焊接光纤管的位置，将光纤管的凸台面放置到底盘上需要焊接光纤管的凹槽内，并使光纤管孔和金锡焊料孔位置重合，使用光纤管钎焊单元对光纤管进行定位，然后使用夹具固定；
46.陶瓷组件与焊料放置，将陶瓷组件、焊料以及陶瓷组件钎焊单元进行组装后，将陶瓷组件与陶瓷组件钎焊单元安装到底盘凹槽内，使用夹具固定；
47.陶瓷组件焊接与光纤管焊接，通过焊接设备配合焊料将光纤管焊接固定在底盘上对应位置处，同时也将陶瓷组件焊接固定在底盘上对应位置处。
48.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，光纤管与焊料安装步骤中，光纤管钎焊单元对光纤管定位包括步骤如下：
49.第一定位板1安装，将第一定位板1上的第二凸台3插入到光纤管内部，第一凸台2插入到底盘侧壁上的凹槽内，直至第一定位板1的侧面抵靠在底盘的侧壁上；
50.第二定位板4安装，将第二定位板4抵靠在光纤管的另一端部处，并使用工装或夹具将第二定位板4与第一定位板1相互夹紧固定在光纤管的两个端部。
51.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，陶瓷组件与焊料放置步骤中，陶瓷组件钎焊单元对陶瓷组件定位包括步骤如下：
52.定位夹板5安装，将陶瓷组件上的引线穿过定位夹板5上的定位孔6，使其中一个定位夹板5的侧面抵靠在陶瓷组件带有金属环一侧的侧面上，将安装有定位夹板5的侧面朝上，然后将焊料越过定位夹板5套装放置在金属环平面上；
53.另一个定位夹板5安装，将陶瓷组件上另一侧的引线穿过另一个定位夹板5上的定位孔6，使另一个定位夹板5的侧面抵靠在在陶瓷组件的另一侧上；
54.陶瓷组件与定位夹板5安装，将组装好的陶瓷组件与两个定位夹板5安装到底盘上，并通过定位夹板5上的底盘定位面7抵靠在底盘上的安装位置处；
55.定位挡块8安装，将定位挡块8扣设在陶瓷组件位于底盘内部的一端，使定位夹板5抵靠在容纳凹槽9的底部，同时定位挡块8的顶面抵靠在底盘的内壁上。
56.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，陶瓷组件与定位夹板5安装步骤中，陶瓷组件带有金属环的一侧朝向底盘。可以通过金属环将焊料压紧。
57.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，焊料为金锡焊料，焊料为与光纤管或陶瓷组件适配的环形。金锡焊料可以以较低的温度进行焊接，可以有效减少高温对底盘变形的影响。焊料环形可以使焊料的安装固定更方便。
58.本发明提供的光电外壳的金锡钎焊方法的有益效果在于：与现有技术相比，通过第一凸台2的周圈、第二凸台3的周圈以及第一定位板1的侧面三个定位面对光纤管进行定位，使光纤管的焊接位置更加准确，同时防止光纤管在焊接过程中变形过大。并且通过定位夹板5上的底盘定位面7来对陶瓷组件在底盘上安装孔内的安装位置进行定位，然后通过定位挡块8对陶瓷组件在安装孔内的轴向上进行定位，可以有效防止陶瓷组件在焊接过程中变形过大。
59.大尺寸光电外壳焊接由于焊接面积较大，焊接过程存在变形大、焊接应力大的特点，焊接强度受变形应力影响较为明显，可能会存在应力过大导致焊接失效的情况。而焊接变形应力受温度影响最为明显，同样的焊接面积下，焊接温度越高，焊接时间越长，产品变形程度越大，焊接位置所受应力也就越大。
60.本发明使用金锡钎焊方法，使用au80sn20共晶焊料，熔点只有280℃，最高焊接温度在350℃左右，温度曲线设置预热区及保温区，预热区对产品焊接变形具有一定的缓冲作用，保温区最高温度条件下焊接保温时间仅有6min左右，相较于行业内光电外壳焊接普遍
使用的ag72cu28共晶焊料780℃的熔点，焊接温度通常在800～900℃，焊接时间在15min以上，金锡焊接方法温度明显降低，焊接时间缩短，对于改善焊接变形及焊接应力具有重要的作用。
61.以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。