真空系统及其工作方法

技术领域

本申请涉及半导体芯片加工设备技术领域，尤其涉及一种真空系统及其工作方法。

背景技术

目前，现有技术中的半导体芯片封装设备多采用流水线的形式，需要对芯片进行焊接封装，而为了保证芯片焊接的质量，在芯片焊接前以及焊接过程中需要保证在真空环境或还原性环境中进行。现有技术中的半导体芯片封装设备，在工件进入焊接工位前，并没有进行真空还原处理或置换空气添加其他气氛，导致在焊接过程中，芯片会产生氧化。

发明内容

本申请提供一种真空系统及其工作方法，用以解决现有技术中芯片焊接封装时会产生氧化的缺陷。

本申请提供一种真空系统，包括：

预热工位，用于对工件进行预热，所述预热工位包括预热腔室；

还原工位，用于对预热后的工件进行还原，所述还原工位包括第一腔室、第二腔室、第一移动装置、第一进气管路和第一抽气管路，所述第一腔室设于所述第二腔室的外围，所述第一移动装置与所述第二腔室连接，带动所述第二腔室运动以使所述第二腔室和所述预热腔室配合形成为还原工件提供真空环境或还原性气氛环境的第一密闭空间，所述第一进气管路和所述第一抽气管路分别与所述第一密闭空间连通；

焊接工位，用于对还原后的工件进行焊接；

冷却工位，用于对焊接后的工件进行冷却；

搬运机构，用于搬运工件以使工件在所述预热工位、所述还原工位、所述焊接工位和所述冷却工位之间流转。

根据本申请提供的一种真空系统，所述预热工位还包括加热载台，所述加热载台设于所述预热腔室的底板上，所述预热腔室设有第一进气口。

根据本申请提供的一种真空系统，所述还原工位还包括：第一密封装置，所述第一密封装置设于所述第二腔室的开口端，并适于与所述预热腔室的开口端密封连接。

根据本申请提供的一种真空系统，所述还原工位还包括：

第一加热装置，所述第一加热装置设于所述第二腔室的内部；

第一冷却装置，所述第一冷却装置设于所述第二腔室的内部。

根据本申请提供的一种真空系统，所述冷却工位包括冷却腔室和水冷装置，所述水冷装置设于所述冷却腔室内，所述冷却腔室设有第二进气口。

根据本申请提供的一种真空系统，所述搬运机构包括：

支撑台，所述支撑台用于放置工件；

水平驱动单元，所述水平驱动单元与所述支撑台连接，用于带动所述支撑台水平移动；

竖直驱动单元，所述竖直驱动单元与所述支撑台连接，用于带动所述支撑台竖直移动。

根据本申请提供的一种真空系统，还包括：

上料装置，所述上料装置设于所述预热工位的入口处；

下料装置，所述下料装置设于所述冷却工位的出口处。

根据本申请提供的一种真空系统，所述焊接工位包括第三腔室和第二移动装置，所述第一腔室设于所述第二腔室和所述第三腔室的外围，所述第二移动装置与所述第三腔室连接，带动所述第三腔室运动以使所述第三腔室和所述预热腔室配合形成为焊接工件提供真空环境或还原性气氛环境的第二密闭空间。

根据本申请提供的一种真空系统，所述焊接工位还包括：

第二加热装置，所述第二加热装置设于所述第三腔室的内部；

第二冷却装置，所述第二冷却装置设于所述第三腔室的内部。

本申请还提供一种真空系统的作业方法，包括：

工件进入预热工位预热，工件温度上升至预设温度；

预热后的工件进入还原工位，通过第一移动装置控制第二腔室下降并使得第二腔室与预热腔室形成第一密闭空间，通过第一抽气管路抽气形成真空环境或通过第一进气管路通入还原性物质，对工件进行还原；

还原后的工件进入焊接工位焊接；

焊接后的工件进入冷却工位冷却。

本申请提供的一种真空系统及其工作方法，依次设置预热工位、还原工位、焊接工位和冷却工位，并通过搬运机构搬运工件，以使其在上述多个工位之间流转，依次进行预热、还原、焊接和冷却工序；另外，在还原工位中，第一移动装置控制第二腔室的运动使其能够与预热腔室形成密闭空间，并利用第一进气管路向内部输入还原性气氛，利用第一抽气管路从内部抽气，从而为工件还原提供环境，避免工件氧化，提高加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本申请提供的真空系统的整体结构示意图；

图2是本申请提供的还原工位和焊接工位的结构示意图；

图3是本申请提供的还原工位和焊接工位的俯视示意图；

图4是图3中A-A的剖面示意图；

图5是本申请提供的搬运机构的结构示意图；

图6是本申请提供的搬运机构的主视图；

图7是本申请提供的搬运机构的俯视图；

图8是图3中第二腔室和第三腔室下降形成密闭空间时的A-A剖面示意图。

附图标记：

1：上料装置；2：预热工位；21：预热腔室；3：还原工位；31：第一腔室；32：第二腔室；33：第一移动装置；34：第一进气管路；35：第一抽气管路；4：焊接工位；41：第三腔室；42：第二移动装置；43：第二进气管路；44：第二抽气管路；5：冷却工位；6：搬运机构；61：支撑台；62：水平驱动单元；63：竖直驱动单元；7：下料装置；8：上料输送装置；9：下料输送装置。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合图1-图8描述本申请的一种真空系统。该真空系统包括：预热工位2、还原工位3、焊接工位4、冷却工位5和搬运机构6。

其中，预热工位2、还原工位3、焊接工位4和冷却工位5依次连接，工件依次在预热工位2、还原工位3、焊接工位4和冷却工位5之间进行流转，并依次进行预热、还原、焊接和冷却等工序。通过搬运机构6对工件的搬运，使其在各个工位之间流转。

具体来说，预热工位2用于对工件进行预热，预热工位2包括预热腔室21，预热腔室21顶部具有开口；还原工位3用于对预热后的工件进行还原，还原工位3包括第一腔室31、第二腔室32、第一移动装置33、第一进气管路34和第一抽气管路35，第一腔室31设于第二腔室32的外围，第一移动装置33与第二腔室32连接，带动第二腔室32运动以使第二腔室32和预热腔室21配合形成为还原工件提供真空环境或还原性气氛环境的第一密闭空间，第一进气管路34和第一抽气管路35分别与第一密闭空间连通；焊接工位4用于对还原后的工件进行焊接；冷却工位5用于对焊接后的工件进行冷却；搬运机构6用于搬运工件以使工件在预热工位2、还原工位3、焊接工位4和冷却工位5之间流转。

进一步地，第一移动装置33可采用升降装置，具体可以采用气动、电动、液压驱动等结构驱动的升降移动装置；第一腔室31和第二腔室32设计为下端具有开口，预热腔室21上端具有开口或通孔，通过第二腔室32的下降，使其能够与预热腔室21实现密封连接，具体来说：第一移动装置33用于控制第二腔室32的升降运动，当第二腔室32运动到第一腔室31的下方，并与预热腔室21对接时，第二腔室32与预热腔室21二者密封形成第一密闭空间（如图8所示），通过第一进气管路34向第一密闭空间内部输送还原性气体，例如：甲酸气体或氢气等；通过第一抽气管路35从第一密闭空间内抽气。

更进一步地，整个真空系统采用外壳密封设计，确保还原性气体或焊接尾气不会随意泄露，保证整体的使用环境不会被污染。还原工位3可以设置一个，也可以设置多个，一个还原工位3可以针对一个还原工件进行还原，也可以同时针对多个还原工件进行还原。

本申请提供的一种真空系统，依次设置预热工位2、还原工位3、焊接工位4和冷却工位5，并通过搬运机构6搬运工件，以使其在上述多个工位之间流转，依次进行预热、还原、焊接和冷却工序；另外，在还原工位3中，第一移动装置33控制第二腔室32的运动使其能够与预热腔室21形成密闭空间，并利用第一进气管路34向内部输入还原性气氛，利用第一抽气管路35从内部抽气，从而为工件还原提供环境，避免工件氧化，提高加工效率。

在本申请的其中一个实施例中，预热工位2还包括预热腔室21加热载台，加热载台设于预热腔室21的底板上。在本实施中，预热工位2可以设置一个或多个，除了预热腔室21以外，本实施例中每个工位均具有独立温度控制的加热装置，具体来说：在预热工位2上，其采用了加热载台的形式，其安装在预热腔室21的底板上，用于对工件进行预热；另外，预热腔室21设有第一进气口，可以向预热腔室21里添加工艺气体，例如：氮气或空气。

在本申请的其中一个实施例中，还原工位3还包括：第一密封装置，第一密封装置设于第二腔室32的开口端，并适于与预热腔室21的开口端密封连接。在本实施例中，第二腔室32和预热腔室21是通过各自的开口端对接，从而使得第一密闭空间，由于第一密闭空间可能会需要进行抽真空，为了保证第二腔室32与预热腔室21之间的密封性能，在二者的连接处设置第一密封装置。优选地，第一密封装置可采用密封圈、密封垫或密封条的形式。

在本申请的其中一个实施例中，还原工位3还包括：第一加热装置和第一冷却装置。其中，第一加热装置设于第二腔室32的内部；第一冷却装置设于第二腔室32的内部。在本实施例中，第二腔室32内设置有第一加热装置和第一冷却装置，工件进入还原工位3后，可通过第一加热装置对工件所处环境进行加热升温，通过第一冷却装置对工件所处环境进行冷却降温。优选地，第一冷却装置可采用在第二腔室32上设置的水冷模块，保护密封装置，提高使用寿命。

在本申请的其中一个实施例中，冷却工位5包括冷却腔室和水冷装置，水冷装置设于冷却腔室内。在本实施中，冷却工位5可以设置一个或多个。在冷却工位5上，其采用了水冷装置的形式，设置在冷却腔室内，用于对工件进行冷却；另外，冷却腔室设有第二进气口，可以向冷却腔室里添加工艺气体，例如：氮气或空气。进一步地，冷却腔室内还可安装加热装置，实现冷却速率的可控制。

在本申请的其中一个实施例中，焊接工位4包括第三腔室41、第二移动装置42、第二进气管路43和第二抽气管路44，第一腔室31设于第二腔室32和第三腔室41的外围，第二移动装置42与第三腔室41连接，带动第三腔室41运动以使第三腔室41和预热腔室21配合形成为焊接工件提供真空环境或还原性气氛环境的第二密闭空间，第二进气管路43和第二抽气管路44分别与第二密闭空间连通。在本实施例中，还原工位3和焊接工位4共用第一腔室31，第三腔室41设计为下端具有开口，通过第三腔室41的下降，使其能够与预热腔室21实现密封连接，具体来说：第二移动装置42可采用升降装置，具体可以采用气动、电动、液压驱动等结构驱动的升降移动装置，第二移动装置42用于控制第三腔室41的升降运动，当第三腔室41运动到第一腔室31的下方，并与预热腔室21对接二者密封形成第二密闭空间，通过第二进气管路43向第二密闭空间内部输送还原性气体，例如：甲酸气体或氢气等，对工件进行二次还原，焊接；通过第二抽气管路44从第二密闭空间内抽气。

在本申请的其中一个实施例中，焊接工位4还包括：第二密封装置，第二密封装置设于第三腔室41的开口端，并适于与预热腔室21的开口端密封连接。在本实施例中，第三腔室41和预热腔室21是通过各自的开口端对接，从而使得第二密闭空间，由于第二密闭空间可能会需要进行抽真空，为了保证第三腔室41与预热腔室21之间的密封性能，在二者的连接处设置第二密封装置。优选地，第二密封装置可采用密封圈、密封垫或密封条的形式。

在本申请的其中一个实施例中，焊接工位4还包括：第二加热装置和第二冷却装置。其中，第二加热装置设于第三腔室41的内部；第二冷却装置设于第三腔室41的内部。在本实施例中，第三腔室41内设置有第二加热装置和第二冷却装置，工件进入焊接工位4后，可通过第二加热装置对工件所处环境进行加热升温，通过第二冷却装置对工件所处环境进行冷却降温。优选地，第二冷却装置可采用在第三腔室41上设置的水冷模块，保护密封装置，提高使用寿命。

在本申请的其中一个实施例中，搬运机构6包括：支撑台61、水平驱动单元62和竖直驱动单元63。其中，支撑台61用于放置工件；水平驱动单元62与支撑台61连接，用于带动支撑台61水平移动；竖直驱动单元63与支撑台61连接，用于带动支撑台61竖直移动。在本实施例中，将工件放置于支撑台61上，通过水平驱动单元62驱动支撑台61带动工件水平移动，通过竖直驱动单元63驱动支撑台61带动工件竖直移动，以使工件在不同的腔室之间进行搬运流转。

在本申请的其中一个实施例中，该真空系统还包括：上料装置1和下料装置7。其中，上料装置1设于预热工位2的入口处；下料装置7设于冷却工位5的出口处。在本实施例中，工件由上料装置1上料，并输送至预热工位2上；工件由冷却工位5输送至下料装置7，并下料。具体地，上料装置1和下料装置7可采用输送机、提升机或转运机等。

在本申请的其中一个实施例中，该真空系统还包括：上料输送装置8和下料输送装置9。其中，上料输送装置8与上料装置1连接，下料输送装置9与下料装置7连接，通过上料输送装置8将工件输送至上料装置1的位置，通过下料输送装置9将工件从下料装置7中输送至下一个设备中。优选地，上料输送装置8和下料输送装置9可采用皮带输送机或刮板输送机等。

本申请还提供一种真空系统的作业方法。该作业方法包括如下步骤：

工件进入预热工位2预热，工件温度上升至预设温度；

预热后的工件进入还原工位3，通过第一移动装置33控制第二腔室32下降并使得第二腔室32与预热腔室21形成第一密闭空间，通过第一抽气管路35抽气形成真空环境或通过第一进气管路34通入还原性物质，对工件进行还原；

还原后的工件进入焊接工位4焊接，通过第二移动装置42控制第三腔室41下降并使得第三腔室41与预热腔室21形成第一密闭空间，通过第二抽气管路44抽气形成真空环境或通过第二进气管路43通入还原性物质，对工件进行二次还原、焊接；

焊接后的工件进入冷却工位5冷却。

本申请实施例中真空系统的作业方法，主要包括四道工序，即工件预热、工件还原、工件焊接和工件冷却，进一步地，为提高工件加工的机械化和自动化程度，工件加工流水线的完整度，在工件预热前还增加工件上料，在工件冷却后还增加工件下料两道工序。

具体来说，在工件预热工序中，工件进入预热工位2后，经过预设时间加热（预热）后，使得工件上升到预设温度，预热过程中可以通过第一进气口加入保护性气体或者工艺气体减少工件的氧化程度；

在工件还原工序中，搬运机构6将工件搬运到还原工位3，还原工位3上的第二腔室32落下，使其与预热腔室21配合形成密闭空间，利用第一抽气管路35对其抽真空，利用第一进气管路34加入还原性气体，工件还原，经过一段时间后排气抽真空，之后加入氮气进行冷却，冷却到预设温度后，第二腔室32向上升起；

在工件焊接工序中，搬运机构6将工件搬运到焊接工位4，焊接工位4上的第三腔室41落下，使其与预热腔室21配合形成密闭空间，利用第二抽气管路44对其抽真空，利用第二进气管路43加入还原性气体，工件还原、焊接，经过一段时间后排气抽真空，之后加入氮气破真空后，第三腔室41向上升起；

在工件冷却工序中，搬运机构6将工件搬运到冷却工位5，工件需要在冷却工位5放置一段时间，冷却过程中可以通过第二进气口添加空气、氮气或其它惰性气体，冷却工位5还可以设定预设温度，进行冷却斜率的调整。

冷却完成后，搬运机构6将工件搬运到设备外面，工件的整个焊接周期完成。本申请是在线式焊接工艺，在第一个工件从预热工位2进入到焊接工位4时，第二个工件也同步进入到了预热工位2，以此类推。

本申请提供的一种真空系统的作业方法，增加了还原工位3，能够置换空气和添加其他气氛，密封环境内也可以添加还原性介质，防止介质外溢，可以将芯片在焊接过程产生的氧化物有效还原；采用在线式焊接方法，预热、还原、焊接和冷却分工位进行，大大缩短了产品生产周期，降低了还原性气体的泄露。

最后应说明的是：以上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。