一种MEMS环行器的批量共晶工装及方法

技术领域

本申请属于MEMS环行器生产技术领域，尤其涉及一种MEMS环行器的批量共晶的工装及方法。

背景技术

环行器是雷达收发组件前端的核心器件，传统的小型化微带环行器损耗较大，功率容量小。大大降低了收发组件的发射功率及探测精度，严重影响雷达系统的整机性能。MEMS环行器宽带宽、高功率、低损耗、小型化以及高一致性等突出优势，对今后武器装备系统发展具有十分重要意义，应用前景广阔。

MEMS环行器在设计时为了保证高功率情况下的散热效果，通常采用高温焊料共晶烧结芯片与热沉载体，结构形式如图1所示。烧结前将铁氧体预置入芯片预留的底面腔体内，下方依次堆叠焊料、热沉载体。烧结后要求芯片表面、铁氧体表面、热沉载体表面三者平面平行，且焊料完整填充在芯片与热沉载体之间，共晶烧结空洞率低，最终实现芯片的合格共晶。

目前使用永磁体实现芯片、铁氧体、焊料、热沉载体之间的堆叠固定，如图2所示，并在焊料高温融化时提供挤压力，保证焊接高度和焊料润湿效果。但在堆叠结构上方放置永磁体需先对芯片等结构进行预固定，固定后需将该组合结构放置入烧结炉内，现有手段堆叠固定时操作难度大，且生产过程中仅能人工单只操作，操作时间长，无法满足批量生产要求。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种MEMS环行器的批量共晶的工装及方法，能够降低堆叠固定MEMS环形器的操作难度，实现MEMS环形器的批量生产。

本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种MEMS环行器的批量共晶方法，包括：堆叠限位结构、磁力施加结构和手持结构；

堆叠限位结构上设置有呈阵列分布的凹槽和定位孔，每一凹槽用于盛放堆叠结构，堆叠结构包括从上下至上依次填入的热沉载体、焊料、铁氧体和芯片；

磁力施加结构位于堆叠限位结构上方，磁力施加结构用于将永磁体置于堆叠结构上；磁力施加结构设置有多组磁铁定位孔；多组磁铁定位孔中放置有永磁体；每组磁铁定位孔正对于堆叠结构；永磁体用于对堆叠结构施加磁力；磁力施加结构通过定位销钉与堆叠限位结构的定位孔对齐；

手持结构位于磁力施加结构的上方，用于对磁力施加结构施加压力，通过磁力施加结构将压力传递给堆叠结构。

在第一方面的一种可能的实现方式中，磁力施加结构包括从上到下依次设置的连接板、上层固定板、中间固定板和下层限位板；

上层固定板上设置有多个第一通孔和多个第一螺纹孔；中间固定板上设置有多个第一通孔和多个第一螺纹孔；连接板上设置有多个第一通孔和多个第二螺纹孔；

上层固定板与中间固定板通过第一螺纹孔固定在一起，连接板与上层固定板通过第二螺纹孔固定在一起；多个第一连接螺栓从上到下依次穿过连接板、上层固定板和中间固定板的第一通孔。

在第一方面的一种可能的实现方式中，手持结构包括手持板和旋钮；

旋钮设置在手持板的上方；

第一连接螺栓的两端分别与手持板和下层限位板连接在一起，连接板、上层固定板和中间固定板沿着第一连接螺栓上下滑动。

在第一方面的一种可能的实现方式中，手持板上设置有第二通孔；

第二连接螺栓穿过第二通孔，第二连接螺栓两端分别与旋钮和连接板固定。

在第一方面的一种可能的实现方式中，中间固定板设置有多个第三通孔，下层限位板设置有多个磁铁定位孔；上层固定板与中间固定板之间内嵌有材料板；

永磁体穿过第三通孔和磁铁定位孔固定在材料板上。

在第一方面的一种可能的实现方式中，定位销钉设置在下层限位板上，下层限位板的尺寸不小于放置堆叠结构的整个区域的尺寸。

在第一方面的一种可能的实现方式中，梁林的两个凹槽之间的间距大于10mm。

第二方面，本申请实施例提供了一种MEMS环行器的批量共晶方法的封装方法，应用如第一方面的MEMS环行器的批量共晶工装实现，包括：

在堆叠限位结构的凹槽中填入堆叠结构，堆叠结构包括从上下至上依次填入的热沉载体、焊料、铁氧体和芯片；

利用磁力施加结构将永磁体置于堆叠结构上，并将定位销钉与堆叠限位结构的定位孔对齐；永磁体对堆叠结构施加磁力；磁力施加结构设置有多组磁铁定位孔；多组磁铁定位孔中放置有永磁体；每组磁铁定位孔正对于堆叠结构；

利用手持结构对磁力施加结构施加压力，通过磁力施加结构挤压堆叠结构；

将填有多个堆叠结构的堆叠限位结构和磁力施加结构放入烧结炉中，对堆叠结构进行共晶。

在第二方面的一种可能的实现方式中，利用磁力施加结构将永磁体置于堆叠结构上，并将定位销钉与堆叠限位结构的定位孔对齐，包括：

转动手持结构上的旋钮，将上层固定板和中间固定板沿着第一连接螺栓向上滑动，永磁体与下层限位板相隔预设距离；

将下层限位板压在堆叠结构上，并将定位销钉与堆叠限位结构的定位孔对齐；

上层固定板和中间固定板沿着第一连接螺栓向下滑动，带动永磁体穿过下层限位板的磁铁定位孔，置于堆叠结构上。

在第二方面的一种可能的实现方式中，MEMS环行器的批量共晶方法还包括：在堆叠结构共晶完成后，转动手持结构上的旋钮，将永磁体与堆叠结构分离；

转动手持结构上的旋钮，将永磁体与堆叠结构分离，包括：

转动手持结构上的旋钮，将上层固定板和中间固定板沿着第一连接螺栓向上滑动，带动永磁体穿过下层限位板的磁铁定位孔，永磁体与下层限位板相隔预设距离；

将压在堆叠结构上的下层限位板抬起。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例，通过堆叠限位结构、磁力施加结构和手持结构的配合，能够一次性进行批量堆叠热沉载体、焊料、铁氧体和芯片，并通过在磁力施加结构和堆叠限位结构上设置定位销钉、定位孔和磁铁定位孔等定位结构，能够保证烧结前后原材料的堆叠稳固，不会在移载过程中、生产过程中发生水平偏移，造成错位和歪斜，从而降低堆叠固定MEMS环形器的操作难度，实现MEMS环形器的批量生产。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的MEMS环行器的结构形式示意图；

图2是本申请一实施例提供的永磁体与堆叠结构的堆叠固定示意图；

图3是本申请一实施例提供的MEMS环行器的批量共晶工装的结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的磁力施加结构的结构示意图；

图5是本申请一实施例提供的MEMS环行器的批量共晶方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图3是本申请一实施例提供的MEMS环行器的批量共晶工装的结构示意图。参照图3，对该MEMS环行器的批量共晶工装的详述如下：

该MEMS环行器的批量共晶工装，包括：堆叠限位结构100、磁力施加结构200和手持结构300。

堆叠限位结构100上设置有呈阵列分布的凹槽101和定位孔102，每一凹槽101用于盛放堆叠结构400，堆叠结构400包括从上下至上依次填入的热沉载体、焊料、铁氧体和芯片。

磁力施加结构200位于堆叠限位结构100上方，磁力施加结构200用于将永磁体置于堆叠结构400上；磁力施加结构200设置有多组磁铁定位孔201，如图4所示；多组磁铁定位孔201中放置有永磁体；每组磁铁定位孔201正对于堆叠结构400；永磁体用于对堆叠结构400施加磁力；磁力施加结构200通过定位销钉202与堆叠限位结构100的定位孔102对齐。

手持结构300位于磁力施加结构200的上方，用于对磁力施加结构200施加压力，通过磁力施加结构200将压力传递给堆叠结构400。

示例性的，堆叠限位结构100上的定位孔102与设置在磁力施加结构200的底部的定位销钉202对应配合。其中，定位孔102可以设置4个，位于堆叠限位结构100的上表面的边缘。定位孔102保证磁力施加结构200与堆叠限位结构100对位准确，实现了使永磁体准确放置在堆叠结构400上的目的。

通过堆叠限位结构100、磁力施加结构200和手持结构300的配合，能够一次性进行批量堆叠热沉载体、焊料、铁氧体和芯片，并通过在磁力施加结构200和堆叠限位结构100上设置定位销钉202、定位孔102和磁铁定位孔201等定位结构，能够保证烧结前后原材料的堆叠稳固，不会在移载过程中、生产过程中发生水平偏移，造成错位和歪斜，从而降低堆叠固定MEMS环形器的操作难度，实现MEMS环形器的批量生产。

一实施例中，呈阵列分布的凹槽101与多个阵列的堆叠结构400的尺寸适配，每个凹槽101的单边尺寸比堆叠结构400大0～30微米。在放入堆叠结构400时，保证每一堆叠结构400靠近对应凹槽101的同一边，即可保证堆叠结构400不发生错位情况。原手动对位后需人工在显微镜下进行纠偏，纠偏操作难度较大，现批量共晶工装保证材料在凹槽101内即可，无需纠偏。

示例性的，相邻的两个凹槽101之间的间距大于10mm，从而使得每个堆叠结构400中的芯片之间的间距大于10mm。现有手动操作下的堆叠结构400在烧结炉内焊接过程中可能由于炉内气氛变化导致芯片发生位移，互相吸引，通过呈阵列分布的凹槽101的设置方式和对凹槽101之间间距的设置，与原手动操作相比，防止了芯片发生位移或者互相吸引的情况。

一实施例中，如图3和图4所示，磁力施加结构200包括从上到下依次设置的连接板203、上层固定板204、中间固定板205和下层限位板206。

示例性的，上层固定板204上设置有多个第一通孔2041和多个第一螺纹孔2042，中间固定板上设置有多个第一通孔2041和多个第一螺纹孔2042，连接板203上设置有多个第一通孔2041和多个第二螺纹孔2031。上层固定板204与中间固定板205通过第一螺纹孔2042固定在一起，连接板203与上层固定板204通过第二螺纹孔2031固定在一起。

一实施例中，手持结构300包括手持板301和旋钮302；旋钮302设置在手持板301的上方。

示例性的，旋钮302可简单设置为一个螺栓结构，能够通过转动实现上下移动。

一实施例中，多个第一连接螺栓207从上到下依次穿过连接板203、上层固定板204和中间固定板205的第一通孔2041，第一连接螺栓207的两端分别与手持板301和下层限位板206连接在一起，连接板203、上层固定板204和中间固定板205可以一齐沿着第一连接螺栓207上下滑动。

手持板301上设置有第二通孔3011，第二连接螺栓208穿过第二通孔3011，第二连接螺栓208两端分别与旋钮302和连接板203固定，从而通过转动旋钮302调节连接板203与手持板301之间的距离，再通过连接板203带动上层固定板204与中间固定板205沿着多个第一连接螺栓207上下移动。

示例性的，连接板203的尺寸小于上层固定板204和中间固定板205的尺寸，在连接板203的周围，多个第一连接螺栓可以从上到下只依次穿过上层固定板204和中间固定板205的第一通孔，将上层固定板204和中间固定板205固定在一起。

示例性的，手持板301也设置有第一通孔2041，多个第一连接螺栓207可以从上到下依次穿过手持板301、连接板203、上层固定板204和中间固定板205的第一通孔2041。连接板203和上层固定板204之间还可以设置垫片，第一连接螺栓207的一端穿过手持板301，第一连接螺栓207的一端固定在垫片上，该垫片能够支持住手持板301。

一实施例中，中间固定板205设置有多个第三通孔，下层限位板206对应设置有多个磁铁定位孔201。下层限位板206的长度小于中间固定板205的长度。上层固定板204与中间固定板205之间内嵌有材料板，材料板用来固定永磁体，永磁体穿过中间固定板205的第三通孔和下层限位板206的磁铁定位孔201固定在材料板上。

示例性的，中间固定板205的第三通孔的尺寸与第一连接螺栓207适配，能够正好使第一连接螺栓207穿过第三通孔与下层限位板206连接在一起。材料板为磁性材料，能够将穿过中间固定板205的第三通孔和下层限位板206的磁铁定位孔201的永磁体吸附在磁性材料上面，设置为磁性材料，通过吸附的方式固定永磁体，便于永磁体的更换。

其中，每组磁铁定位孔201包括4个磁铁定位孔201。将磁力施加结构200缓慢放下，永磁体将沿着磁铁定位孔201向下，此时永磁体不会因堆叠结构400距离过近使永磁体发生偏移。

示例性的，定位销钉202设置在下层限位板206上，定位销钉202用于对永磁体的放置位置进行定位。定位销钉202与堆叠限位结构100对位上的定位孔102对应配合。其中，定位销钉202可以设置4个，位于下层限位板206的下表面的边缘。定位销钉202保证下层限位板206与放置有堆叠结构400的整个区域对位准确，并保证下层限位板206将堆叠结构400全部覆盖，定位销钉202结合磁铁定位孔201，实现了将永磁体准确放置在堆叠结构400上的目的。

一实施例中，下层限位板206的尺寸不小于放置堆叠结构400的整个区域的尺寸，保证下层限位板206能够将所有堆叠结构400覆盖。共晶之前，利用下层限位板206压住堆叠结构400，转动旋钮302使上层固定板204和中间固定板205沿着第一连接螺栓207下降，带动永磁体下降，防止永磁体放置过程中，堆叠结构400被磁铁吸附上升。共晶完成后，下层限位板206仍压住堆叠结构400，待转动旋钮302使上层固定板204和中间固定板205沿着第一连接螺栓207上升，带动永磁体缓慢升起，将永磁体和堆叠结构400分离，防止永磁体上升过程中，堆叠结构400被永磁体吸附上升。

一实施例中，堆叠限位结构100的每一凹槽101上方对应一组永磁体，一组永磁体包括四个永磁体，四个永磁体对凹槽101中的堆叠结构400产生均匀的磁力，保证每一颗铁氧体在腔内均为水平；同时，每一组永磁体提供Z轴方向的作用力，保证焊料进行缝隙填充，最终实现堆叠结构400的焊接高度的均匀性及烧结空洞率，保证了MEMS环形器的稳定性、平面平行的效果和烧结空洞率。

一实施例中，连接板203和上层固定板204设置有第四通孔209，用于减轻整体重量，某些设备对于共晶工装的总重量是有要求的，重量太大会影响芯片的数量，因此，设置第四通孔209减轻共晶工装的整体重量，在一定程度上，能够增加堆叠结构400的数量，提升环形器的生产效率。

一实施例中，中间固定板205上设置有固定螺钉2061。固定螺钉2061位于下层限位板206的长度方向上的两侧，并设置在磁力施加结构200的主体的底面的四角上，用于在烧结时，将磁力施加结构200与堆叠限位结构100固定在一起，防止磁力施加结构200与堆叠限位结构100分离，烧结完成后将该固定螺钉2061取下。

其中，固定螺钉2061穿过第一螺纹孔2042将上层固定板204与中间固定板205固定在一起，固定螺钉2061的一端从中间固定板205的底面露出，与堆叠限位结构100的四角的限位孔对齐，也起到定位作用，保证将永磁体准确放置在堆叠结构400上。

可见，本实施例中的MEMS环行器的批量共晶工装，通过堆叠限位结构100实现芯片、铁氧体、焊料、永磁体结构的批量限位，同时通过磁力施加结构200对堆叠结构400进行固定，保证永磁体放置位置准确无偏移，且可实现批量放置，同时拆卸时保证所有永磁体与堆叠结构400表面分离。定位销钉202保证磁力施加结构200与堆叠限位结构100对位准确，进一步实现永磁体放置准确的目的。

该批量共晶工装可使放置永磁体步骤简单化，且可实现批量放置，同时在焊接过程中提供Z轴方向作用力保证焊接效果，保证焊料进行缝隙填充，最终实现焊接高度的均匀性及烧结空洞率。保证了堆叠结构400的稳定性、平面平行的效果和烧结空洞率。

该微批量共晶工装具有操作简单、可批量操作芯片、高温下提供稳定磁力等优点。

第二方面，参见图5，本申请实施例提供了一种MEMS环行器的批量共晶方法，应用如上述的MEMS环行器的批量共晶工装实现，包括：

步骤501，在堆叠限位结构的凹槽中填入堆叠结构，堆叠结构包括从上下至上依次填入的热沉载体、焊料、铁氧体和芯片。

示例性的，单个环形器手动堆叠过程操作难度大，堆叠过程耗时且易损伤芯片，本申请批量方式仅需将原材料按顺序放入堆叠限位结构100中即可，节省多个手动固定操作，使操作更加简单。由于堆叠限位结构100的存在，堆叠结构400不会因为发生位移，造成损伤。

步骤502，利用磁力施加结构将永磁体置于堆叠结构上，并将定位销钉与堆叠限位结构的定位孔对齐；永磁体对堆叠结构施加磁力；磁力施加结构设置有多组磁铁定位孔；多组磁铁定位孔中放置有永磁体；每组磁铁定位孔正对于堆叠结构。

步骤503，利用手持结构对磁力施加结构施加压力，通过磁力施加结构挤压堆叠结构。

步骤504，将填有多个堆叠结构的堆叠限位结构和磁力施加结构放入烧结炉中，对堆叠结构进行共晶。

示例性的，在步骤502中，利用磁力施加结构将永磁体置于堆叠结构400上，包括：将上层固定板204和中间固定板205沿着第一连接螺栓207向上滑动，永磁体与下层限位板206相隔预设距离。将下层限位板206压在堆叠结构400上，并将定位销钉202与堆叠限位结构100的定位孔102对齐。上层固定板204和中间固定板205沿着第一连接螺栓207向下滑动，带动永磁体穿过下层限位板206的磁铁定位孔201，置于堆叠结构400上。

示例性的，铁氧体与永磁体之间的吸引力小于磁力施加结构200与永磁体之间的吸引力。

磁力施加结构200对永磁体的吸引力，磁力表达式为：

F1＝kB×2A                               (1)

其中，k是磁力系数，B是永磁体表面的磁感强度，A是铁氧体相对于磁力结构的有效面积。

磁力施加结构200中永磁体对芯片的吸引力为F2。但铁氧体距离永磁体表面相隔芯片的厚度，所以，F2>F1。此时铁氧体与永磁体之间的磁感应强度B1小于磁力施加结构200与永磁体之间的磁感应强度B。

故当磁力施加结构200放置在芯片表面时，永磁体对堆叠结构400施加固定的力F2。

当芯片与永磁体之间的吸引力F2小于磁力施加结构200与永磁体之间的吸引力F时，需要利用磁力施加结构200随着手持结构300的运动与堆叠限位结构100进行分离，进而实现永磁体的批量拆卸。

因此，MEMS环行器的批量共晶方法还包括：在堆叠结构400共晶完成后，转动手持结构300上的旋钮302，将永磁体与堆叠结构400分离。

转动手持结构300上的旋钮302，将永磁体与堆叠结构400分离，包括：转动手持结构300上的旋钮302，将上层固定板204和中间固定板205沿着第一连接螺栓207向上滑动，带动永磁体穿过下层限位板206的磁铁定位孔201，永磁体与下层限位板206相隔预设距离；将压在堆叠结构400上的下层限位板206抬起。

先利用下层限位板206将堆叠结构400压住，下层限位板206不动，通过转动手持结构300上的旋钮302，向上移动上层固定板和中间固定板205，带动永磁体向上移动，将永磁体与堆叠结构400分离，防止直接拆卸永磁体，堆叠结构400会被永磁体吸走，实现了对永磁体的批量拆卸。

手动操作情况下单次仅能对1颗芯片进行永磁体放置、拆卸操作，产能单人单班次可达300只。在利用本申请的批量共晶方法操作情况下，永磁体放置、拆卸可批量同时进行，产能单人单班次可达3000只，减少了操作时间，提高产能，减少成本支出。

本实施例提供的MEMS环行器的批量共晶方法，该方法操作简单，可批量用于放置永磁体。有效的解决了堆叠结构批量固定难、拆卸难、耗时长的问题，保证MEMS环行器的高成品率的同时，提高了MEMS环行器的生产效率。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。