一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装及使用方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路封装技术领域，具体涉及一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装及使用方法。

背景技术

军用半导体集成电路封装均需采用气密性封装，主要使用的包括LCC、CSOP、CQFP等陶瓷外壳，盖板为镀金的可伐合金。金锡熔封是高可靠半导体集成电路的重要封装方式，它在承受机械冲击、热冲击、化学腐蚀等机械和环境方面，有着比其他封装方式更大的优势。其中AuSn低熔点合金焊料熔封是业内熔封工艺的主流，它是在惰性气氛中，将键合好的半导体芯片通过AuSn焊料进行气密性封装。

金锡熔封封装工艺主要以夹具夹持电路或倒置工装两种方式进行电路装配。但使用夹具夹持电路存在盖板受力不均匀及人工装配速度慢等问题，导致电路封装成品率及生产效率降低；倒置工装熔封的方法存在模具阻挡焊料流淌和材料的热传导等问题，易导致金锡焊料溢出不良，影响封帽质量。上述两种AuSn熔封封装方法，均存在部分工艺无法改善的硬性问题，使得AuSn熔封工艺在成品率及生产效率方面一直低于其他封装工艺。

随着科技的发展及任务数量的增多，半导体集成电路的需求也随之提升。为了提高产品封装的质量和生产效率，必须优化改进电路的熔封过程。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装及使用方法，以解决现有技术中金锡熔封封装工艺中电路封装成品率及生产效率低，封帽质量低的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装，包括底座，底座内固定管壳，其上设置有定位板用于固定盖板，定位板上依次设置有第一压板和第二压板，第一压板和第二压板中间设置有用于施加压力的高温弹簧，底座和第二压板外套设有用于调节高温弹簧压力的固定网。

优选地，所述底座为石墨底座。

优选地，所述底座上开设有若干个适配于管壳的卡位槽，且若干个卡位槽呈阵列均匀分布。

优选地，所述定位板上开设有若干个适配于盖板的限位孔，若干个限位孔呈阵列均匀分布，盖板嵌设在限位孔内与底座上的管壳位置相适配。

优选地，所述第一压板下表面设置有若干个矩形凸起部，若干个矩形凸起部呈阵列均匀分布用于与定位板配合固定盖板，第一压板的上表面对应位置处设置有第一柱状固定卡槽，其内部设置有高温弹簧，第一柱状固定卡槽与第二压板滑动连接。

优选地，所述第二压板下表面设置有与第一压板的第一柱状固定卡槽适配的第二柱状固定卡槽，第一柱状固定卡槽和第二柱状固定卡槽滑动连接形成柱状腔体，其内部设置有高温弹簧。

优选地，所述第一柱状固定卡槽和第二柱状固定卡槽形成柱状腔体的高度不大于高温弹簧的原始长度。

优选地，所述高温弹簧采用耐高温镍基合金钢制成，其可调节压缩效果为5N/mm。

本发明还公开了一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装的使用方法，包括以下步骤：

S1：将管壳卡设在底座内；

S2：将定位板放置在底座内位于管壳上方，并在定位板上嵌设盖板；

S3：将第一压板放置在定位板上一面固定盖板，另一面内预设或放置高温弹簧；

S4：将第二压板放置在第一压板上，固定高温弹簧；

S5：固定网套设在底座与第二压板外固定整个装置；

S6：倒置工装整体进行熔封封装。

优选地，通过锁紧或放松套设在底座与第二压板外的固定网调节高温弹簧的形变量，控制盖板上的压力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)采用石墨作为工装基材，其具有导热性好、硬度大、耐高温、高温下受力不易变形等优点，是作为熔封工装最好的材料。

2)采用高温弹簧施加压力解决了目前夹具夹持电路所遇到的压力不均匀问题，使封焊面四周焊料流速相同，冷却后焊料铺展一致性好，X光空洞率降低。

3)定位板与第一压板配合固定盖板，代替了镊子与夹子，减少了夹具滑移造成的划伤盖板问题，杜绝了镊子碰丝的风险。

4)不用再进行盖板与管壳的对位操作，提高了装配速率，进而提升了生产效率，且杜绝了盖板偏移的问题。

5)采用固定网调节高温弹簧压力，提升了电路产品的一致性，避免了以前因夹具之间压力大小和作用点的差别而造成熔封后焊料流淌的差异。

6)压力可调，根据高温弹簧的压缩量，选用不同尺寸的固定网，可以得到不同的压力。

7)倒置后定位板从盖板边缘移开，避免了定位板阻碍焊料流淌的情况发生。

附图说明

图1为石墨工装结构示意图；

图2为底座结构示意图；

图3为定位板结构示意图；

图4为第一压板结构示意图；

图5为第二压板结构示意图；

图6为固定网结构示意图。

其中：1-底座；2-定位板；3-第一压板；4-第二压板；5-固定网。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

针对现有熔封封装中存在的困难，本申请提供了一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装，该工装采用分体式设计，通过底座约束电路管壳、定位板约束盖板、压板施加压力，达到盖板定位、压力均匀作用于封焊面的目的，既提升了熔封质量，又简化了手动装配方式。具体技术方案如下：

参见图1，本申请公开的一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装，包括底座1，底座1内固定管壳，其上设置有定位板2用于固定盖板，定位板2上依次设置有第一压板3和第二压板4，第一压板3和第二压板4中间设置有用于施加压力的高温弹簧，底座1和第二压板4外套设有用于调节高温弹簧压力的固定网5。在预先加工好的底座1中放置管壳，通过定位板2固定盖板，再用特殊压头即第一压板3和第二压板4对盖板表面施加压力，压力施加方式采用特殊的高温弹簧，弹簧压力可通过固定网5调节，最后倒置模具进行熔封封装，实现盖板自动定位且封焊面受力均匀的目的。避免了熔封手动操作装配盖板的偏移及碰丝问题，解决了熔封夹具长期以来的受力不均匀问题，解决了人工手动盖板对位的困难，大幅提升了熔封封装的生产效率，达到降本增效的目的，为企业创造更多的经济效益。

在一些实施例中，参见图2，所述底座1为石墨底座，使用石墨材料作为模具的核心，解决了传统金属材料导热慢、硬度低、高温易变形的缺点。实现了电路受热、受力均匀的效果。

在一些实施例中，参见图2，所述底座1上开设有若干个适配于管壳的卡位槽，且若干个卡位槽呈阵列均匀分布。

在一些实施例中，参见图3，所述定位板2上开设有若干个适配于盖板的限位孔，若干个限位孔呈阵列均匀分布，盖板嵌设在限位孔内与底座1上的管壳位置相适配。定位板结构，可自动对位盖板，将其置于封焊面内，摆脱了传统人工手动对位盖板的操作，提高了装配速率，进而提升了生产效率，且杜绝了盖板偏移的问题。

在一些实施例中，参见图4，所述第一压板3下表面设置有若干个矩形凸起部，若干个矩形凸起部呈阵列均匀分布用于与定位板2配合固定盖板，第一压板3的上表面对应位置处设置有第一柱状固定卡槽，其内部设置有高温弹簧，第一柱状固定卡槽与第二压板4滑动连接。矩形凸起部对盖板表面施加压力，特殊的压头对盖板表面施加压力，压头面积仅覆盖封焊面区域，保证了焊料流淌时受力均匀。使得封焊面受力均匀，且工装倒置后，定位板通过重力作用下移，不再包围盖板侧边，为焊料提供了溢出位置。

在一些实施例中，参见图5，所述第二压板4下表面设置有与第一压板3的第一柱状固定卡槽适配的第二柱状固定卡槽，第一柱状固定卡槽和第二柱状固定卡槽滑动连接形成柱状腔体，其内部设置有高温弹簧。

在一些实施例中，高温弹簧采用耐高温镍基合金钢，通过控制弹簧线径、外径、螺距及长度，达到5N/mm的可调节压缩效果。

本发明还公开了一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将管壳卡设在底座1内；

S2：将定位板2放置在底座1内位于管壳上方，并在定位板2上嵌设盖板；

S3：将第一压板3放置在定位板2上一面固定盖板，另一面内预设或放置高温弹簧；

S4：将第二压板4放置在第一压板3上，固定高温弹簧；

S5：固定网5套设在底座1与第二压板4外固定整个装置；

S6：倒置工装整体进行熔封封装。

在一些实施例中，参见图6，通过锁紧或放松套设在底座1与第二压板4外的固定网5调节高温弹簧的形变量，控制盖板上的压力。

【实施例】

本实例中所使用为QF0606-10扁平陶瓷外壳(封装形式FCP10)，盖板为配套的MA06090609A镀金可伐合金，工装的基体材料为石墨。

本发明提供了一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位一体化工装模具，以QF0606-10扁平外壳为例，本工装共有6部分组成，分别是：底座1、定位板2、第一压板3、第二压板4、高温弹簧和固定网5。工装的具体设计、装配方式包含以下步骤：

步骤一：针对QF0606-10管壳，设计工装底座1上管壳的卡位尺寸，并将卡位阵列化形成底座；针对该管壳配套MA06090609A型号盖板，设计定位板2上盖板的卡位尺寸，并将卡位形成与底座1相同的阵列化分布；第一压板3上矩形凸起部形成的压头面积与管壳封焊面面积相同，并形成与底座1、定位板2相同的阵列化分布。

步骤二：将管壳逐一摆放至底座1的卡位槽中，

步骤三：定位板2盖在底座1与管壳上，露出封焊面。

步骤四：将盖板沿着定位板2限位孔处盖在管壳封焊面上。

步骤五：将第一压板3放置于定位板2上。

步骤六：第一压板3上的第一柱状固定卡槽内放上高温弹簧，也可事先预置成型。

步骤七：将第二压板4放置于第一压板3上，高温弹簧位于第一柱状固定卡槽和第二柱状固定卡槽滑动连接形成柱状腔体内。

步骤八：将工装整体装入固定网中，倒置进行熔封封装。

本发明的亮点为电路管壳封焊面受力均匀；熔封时倒置工装使定位夹从盖板边缘移开，避免了定位夹阻碍焊料流淌的情况发生。

本发明公开了一种针对熔封封帽工艺的盖板受力、定位工装及使用方法，具体包括底座1、定位板2、第一压板3、第二压板4、高温弹簧和固定网5，通过使用石墨作为工装的基材，底座1和定位板2用来限位，第一压板3和第二压板4施加压力，实现了一种新的熔封封装工艺。石墨的耐高温、高热导、高硬度等特性保证了工装可以在300-350℃的高温下正常使用；底座1与定位板2的限位，将盖板牢牢固定在管壳封焊面上，杜绝了盖板偏移的可能；第一压板3压头的特殊性保证了熔封时盖板与封焊面接触区域受力均匀；倒置工装使定位板下移的设计，给焊料提供了流淌位置，避免了盖板边缘焊料溢出不良的情况发生。通过本发明，实现了集盖板受力、定位一体化的熔封封装生产模式，杜绝了熔封手动操作装配盖板的偏移及碰丝问题，解决了熔封夹具长期以来的受力不均匀问题，解决了人工手动盖板对位的困难，大幅提升了熔封封装的质量和生产效率，达到降本增效的目的，为企业创造更多的经济效益。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。