陶瓷封装用的共晶焊装片工装治具系统的制作方法

本发明涉及一种陶瓷封装用的共晶焊装片工装治具系统，尤其是一种为芯片进行共晶焊贴装到双列直插陶瓷外壳上的自动化生产所需的工装治具系统，属于半导体封装制造技术领域。

背景技术：

在半导体封装过程中，随着器件的尺寸越来越小、功率越来越大，对芯片的散热要求越来越高，传统的导电胶的导热率较低，取而代之的是金属共晶焊料，热导率高、粘接可靠性好，但共晶焊工艺实施起来较胶粘接工艺复杂，批量生产的速率慢、效率低。

半导体设备的发展为大批量、自动化共晶焊生产成为可能。目前自动化共晶焊接设备越来越多，主要实现了对基板的加热、焊料片的自动拾取、芯片的摩擦焊接，保证了共晶焊产品能够实现高精度、低孔隙率、高可靠性的焊接。而对于半导体封装的陶瓷外壳，其不同外壳的封装形式、结构和尺寸对设备以及工装制具的要求都不同，如普通的球形阵列陶瓷外壳（CBGA）、四边扁平陶瓷外壳（CQFP）、四周有引线陶瓷外壳（CLCC）的陶瓷基面能够与共晶焊设备的加热基板充分接触，加热板可以对外壳进行加热和冷却，实现共晶焊工艺的焊接过程；而对于J形引线小尺寸陶瓷外壳（CSOJ）、双列直插陶瓷外壳（CDIP）的地面陶瓷基板不能够与加热板充分接触，在进行共晶焊过程中，加热板的热不能够与陶瓷基板进行有效的传导，导致不能够进行共晶焊接。必须定制特殊的工装治具系统，借助于其他的热传导介质实现陶瓷基板和加热板进行高效的热传导，实现类似这些陶瓷外壳结构的共晶焊接。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种陶瓷封装用的共晶焊装片工装治具系统，结构简单、操作方便，能够实现大批量、自动化共晶焊装片生产。

按照本发明提供的技术方案，一种陶瓷封装用的共晶焊装片工装治具系统，其特征是：包括共晶焊气氛保护装置和气氛保护盖子，共晶焊气氛保护装置固定在脉冲加热台面上，气氛保护盖子安装在共晶焊气氛保护装置正上方，气氛保护盖子和共晶焊气氛保护装置通过旋转实现密封配合；在所述共晶焊气氛保护装置上预留了多个保护气氛通入口和真空孔，真空孔与脉冲加热板上预留的真空孔相对应，在该真空孔的位置通过真空吸附热传导基板，热传导基板上放置陶瓷外壳。

进一步的，在所述热传导基板的两侧设置固定夹具，固定夹具夹持住放置在热传导基板上的陶瓷外壳。

进一步的，所述固定夹具通过至少两个固定螺钉进行固定。

进一步的，所述固定夹具包括固定端和用于夹持陶瓷外壳的夹持端，固定端通过固定螺钉固定在共晶焊气氛保护装置上。

进一步的，在所述共晶焊气氛保护装置上表面设置定位销钉，当气氛保护盖子旋转至与共晶焊气氛保护装置密封配合时，定位销钉阻挡住气氛保护盖子。

进一步的，所述保护气氛通入口包括第一保护气氛通入口、第二保护气氛通入口、第三保护气氛通入口、第四保护气氛通入口、第五保护气氛通入口、第六保护气氛通入口、第七保护气氛通入口和第八保护气氛通入口，第一保护气氛通入口、第二保护气氛通入口、第三保护气氛通入口、第四保护气氛通入口、第五保护气氛通入口、第六保护气氛通入口、第七保护气氛通入口和第八保护气氛通入口与气源连接。

进一步的，所述第一保护气氛通入口和第二保护气氛通入口位于共晶焊气氛保护装置的左侧，第三保护气氛通入口和第四保护气氛通入口位于共晶焊气氛保护装置的上侧，第五保护气氛通入口和第六保护气氛通入口位于共晶焊气氛保护装置的右侧，第七保护气氛通入口和第八保护气氛通入口位于共晶焊气氛保护装置的下侧。

进一步的，在所述热传导基板上设有凹槽，该凹槽与真空孔接触。

进一步的，所述热传导基板采用陶瓷材料，表面经抛光打磨处理。

进一步的，所述固定夹具采用不锈钢金属材料。

本发明具有以下优点：本发明解决了部分封装形式的陶瓷外壳在自动化共晶焊过程中，陶瓷基板不能直接在加热板上受热的问题，通过该工装制具系统，借助于热传导基板进行热传导，热传导基板通过加热基板上的真空进行吸住固定，陶瓷外壳放置于加热传导基板上，然后利用双边夹持制具固定，最后在气氛保护装置内导入惰性气体或者还原性气体气氛，加热升高到一定温度进行共晶焊接，便于自动化、大批量和高可靠共晶焊装片。

附图说明

图1为本发明所述共晶焊装片工装治具系统的结构示意图。

图2为所述共晶焊气氛保护装置的结构示意图。

图3为所述气氛保护盖子的结构示意图。

图4为所述加热传导基板的结构示意图。

图5-1为所述固定夹具的结构示意图。

图5-2为图5-1的俯视图。

附图标记说明：1-共晶焊气氛保护装置、2-气氛保护盖子、3-热传导基板、4-固定夹具、11-第一保护气氛通入口、12-第二保护气氛通入口、21-第三保护气氛通入口、22-第四保护气氛通入口、31-第五保护气氛通入口、32-第六保护气氛通入口、41-第七保护气氛通入口、42-第八保护气氛通入口、20-定位销钉、27-真空孔、33-凹槽。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述陶瓷封装用的共晶焊装片工装治具系统包括共晶焊气氛保护装置1和气氛保护盖子2，共晶焊气氛保护装置1固定在脉冲加热台面上，气氛保护盖子2安装在共晶焊气氛保护装置1正上方，气氛保护盖子1和共晶焊气氛保护装置1通过旋转实现密封配合；在所述共晶焊气氛保护装置1上预留了第一保护气氛通入口11、第二保护气氛通入口12、第三保护气氛通入口21、第四保护气氛通入口22、第五保护气氛通入口31、第六保护气氛通入口32、第七保护气氛通入口41和第八保护气氛通入口42，第一保护气氛通入口11、第二保护气氛通入口12、第三保护气氛通入口21、第四保护气氛通入口22、第五保护气氛通入口31、第六保护气氛通入口32、第七保护气氛通入口41和第八保护气氛通入口42与气源连接，以通入保护气氛。在所述共晶焊气氛保护装置1上设置有真空孔27，该真空孔27与脉冲加热板上预留的真空孔相对应，在该真空孔27的位置通过真空吸附热传导基板3，热传导基板3上用于放置陶瓷外壳，通过热传导基板3，脉冲加热板上的温度可以传导到陶瓷外壳上。

在所述热传导基板3的两侧设置固定夹具4，固定夹具4用于固定放置在热传导基板3上的陶瓷外壳，保证陶瓷外壳在进行共晶焊时不移位。所述固定夹具4通过至少两个固定螺钉进行固定，两边的固定夹具4的位置可由实际进行共晶焊接的陶瓷外壳尺寸来决定，以夹持稳固为目标。如图5-1、图5-2所示，所述固定夹具4包括固定端43和用于夹持陶瓷外壳的夹持端44，固定端43通过固定螺钉固定在共晶焊气氛保护装置1上。

在所述共晶焊气氛保护装置1上表面设置定位销钉20，当气氛保护盖子2旋转至与共晶焊气氛保护装置1密封配合时，定位销钉20阻挡住气氛保护盖子2，防止气氛保护盖子2旋转超出共晶焊气氛保护装置1的正上方，保证在焊接时的气氛保护。

所述第一保护气氛通入口11和第二保护气氛通入口12位于共晶焊气氛保护装置1的左侧，第三保护气氛通入口21和第四保护气氛通入口22位于共晶焊气氛保护装置1的上侧，第五保护气氛通入口31和第六保护气氛通入口32位于共晶焊气氛保护装置1的右侧，第七保护气氛通入口41和第八保护气氛通入口42位于共晶焊气氛保护装置1的下侧。

如图1、图4所示，在所述热传导基板3上设有凹槽33，该凹槽33与真空孔27接触，可以增大真空吸附的接触面积，保证热传导基板3的固定不位移。

所述热传导基板3采用陶瓷材料，表面经抛光打磨处理。所述固定夹具4采用不锈钢金属材料。

本发明的工作过程：将陶瓷外壳放置在热传导基板3的中心位置，通过已经安装好的两边的固定夹具4将陶瓷外壳固定稳固，打开气氛保护开关，关闭气氛保护盖子2，打开脉冲加热台的加热程序，便可进行共晶焊接操作了，以上操作可由共晶焊设备进行自动控制，可编入到程序控制中，整个过程为全自动操作。所述保护气氛一般采用氮气。

目前可覆盖CDIP8、14、16、20及以上的多种引线数的外壳，根据不同的尺寸，只需要更换不同尺寸的图3所示的热传导基板，调整图4所示的双边夹持制具的安装位置便可。因此这种调整不同的热传导基板的尺寸的修改、附加和替代也应当别理解为本发明范围以内。

本发明所述陶瓷封装用的共晶焊装片工装治具系统具有以下优点：可以进行气氛保护，防治焊接过程中焊料在高温条件下被氧化；解决了双列直插陶瓷外壳无法与加热基板进行充分接触而无法进行自动共晶焊接的问题；全过程可进行自动化操作，提高自动化生产率和共晶焊装片的生产效率。

本发明能够根据特殊的外壳结构，如双列直插陶瓷封装（CDIP）外壳的结构特点，利用现有的共晶焊设备，实现大批量、自动化共晶焊装片生产。本发明能够适应不同引脚高度和不同宽度的陶瓷外壳进行共晶焊装片，系统能够对焊接位置进行氮气保护，避免焊接过程中的氧化，通过热传导基板能够对陶瓷外壳进行加热热，保证焊接所需的温度；通过双边夹持夹具的控制，能够对陶瓷外壳进行固定，在共晶焊摩擦过程中外壳不会发生位移。该装置在自动共晶焊设备的基础上可以进行使用，简单实用，适用于自动化、大批量生产。