能有效提升炉内共晶温度均匀性的共晶炉控制方法与流程

1.本发明涉及一种共晶炉，特别涉及一种对微电子封装器件等进行共晶焊接的共晶炉及其控制方法。


背景技术：

2.共晶炉是利用共晶原理，对微电子封装器件中的焊接与被焊接元件，进行共晶焊接的关键性设备，共晶炉主要包括：真空系统、还原气氛系统、加热/冷却系统、气体流量控制系统、安全系统和控制系统；共晶炉是根据焊接对象（激光器件、微电子封装器件等）的共晶特点，设定温度工艺曲线，在不同时段的温度曲线中，设置不同的惰性或真空环境，以达到理想的共晶的效果；具体的工艺流程为：先将被焊接对象放入炉体内，将封闭的炉体抽真空，使其真空度达到工艺要求，再将一定量的惰性气体充入到炉体内部，然后，根据温度工艺曲线，对炉体进行加热，实现被焊对象的共晶焊接，共晶完成后，停止对炉体进行加热，同时充入惰性气体，实现对炉体内部的降温，待炉体内部温度降为常温时，打开炉体，取出完成共晶的被焊接对象；在现有的共晶炉体内底部位置，安装有加热用的石英灯，在石英灯的正上方安装有石墨板，在石墨板上设置有被共晶焊接对象，多个共晶焊接点，分布在石墨板的不同区域上；石英灯通过红外辐射的加热方式，对石墨板进行辐射加热，石墨板通过热传导的方式，对共晶焊接点进行加热，以实现被焊接对象的共晶；因此，各焊点共晶加热温度的均匀一致性，直接影响到了共晶焊接的良品率的高低；现有的共晶炉内底部，一般等间隔均布并联有多根石英灯，每根石英灯内发射红外线的灯丝是呈螺旋状均匀设置的，每根石英灯所产生的热辐射场，以该根石英灯轴线为中心，放射性地均匀分布，多根石英灯在其上方石墨板上的辐射热场产生叠加效应，造成作为传热部件的石墨板中心位置的温度，要高于石墨板边缘处位置的温度，直接导致设置在石墨板中心处的共晶焊接点的焊料熔化速度，明显高于石墨板边缘处共晶焊接点的焊料熔化速度，造成同一块石墨板上不同位置上的共晶焊接点的共晶焊接不同步，直接导致共晶焊接废品率提高，现有的共晶炉内温度的不均匀性一般只能达到正负5摄氏度，对于要求共晶温度的不均匀性要达到正负2摄氏度的共晶焊接产品，无法满足其要求；所以需要对现有的共晶炉结构和控制方法进行改进；另外，在共晶工艺的最后冷却过程中，现有冷却方式为：在炉体内腔底部中央处，设置有冷却惰性气体通入孔，在冷却惰性气体通入孔的外侧的炉底上，设置有冷却惰性气体排气孔，冷却惰性气体，从底部中央冷却气体通入孔中，吹入到石墨板的下底面上，实现对石墨板及其上的被焊接对象的冷却；在石墨板上设置有一根控温热电偶，通过观察控温热电偶的温度，来判断石墨板温度是否降低到可开启炉门的温度，这种冷却结构，仅对石墨板底部中央处进行了吹气降温，存在炉内石墨板温度降低耗时长，降低了产品的共晶焊接的生产节奏。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种能有效提升炉内共晶温度均匀性的共晶炉控制方法，解决了现有共晶炉在共晶焊接中各共晶焊接点温度不均匀和生产节奏慢的技术问题。
4.本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：本发明的总体构思为：通过改变石英灯中的灯丝螺旋状缠绕密度的分布，并通过对石英灯的分组控制，提升共晶焊接传热板的温度的均匀性，并用导热率是石墨板导热率两倍以上的铝碳化硅板替代石墨板，大幅提高传热板的温度均匀性；同时，将传统的冷却惰性气体的炉内底部通入方式，改变为炉内上下同时通入冷却气体的方式，缩短了炉内冷却时间。
5.一种能有效提升炉内共晶温度均匀性的共晶炉，包括炉内腔体，在炉内腔体中的底部，均匀排布有石英灯，在石英灯正上方的炉内腔体中，设置有铝碳化硅板，在铝碳化硅板上，设置有共晶焊接的微电子封装器件，在铝碳化硅板上从左向右间隔地设置有左侧热电偶插入孔、中部热电偶插入孔和右侧热电偶插入孔，在石英灯内，设置有中间缠绕稀松，但两端缠绕密集的灯丝；在炉内腔体中的底部均匀排布的石英灯被从左向右，依次并联成三组，即左侧石英灯并联组、中部石英灯并联组和右侧石英灯并联组，在左侧石英灯并联组上连接有左侧调压器，左侧调压器的输入端与供电电源连接在一起，在左侧调压器的控制端上，连接有左侧温度控制模块，左侧温度控制模块的输入端上连接有插接在左侧热电偶插入孔中的左侧热电偶，在中部石英灯并联组上连接有中部调压器，中部调压器的输入端与供电电源连接在一起，在中部调压器的控制端上连接有中部温度控制模块，中部温度控制模块的输入端上连接有插接在中部热电偶插入孔中的中部热电偶，在右侧石英灯并联组上连接有右侧调压器，右侧调压器的输入端与供电电源连接在一起，在右侧调压器的控制端上连接有右侧温度控制模块，右侧温度控制模块的输入端上连接有插接在右侧热电偶插入孔中的右侧热电偶。
6.在铝碳化硅板下方的炉内腔体的底部中央位置处，设置有冷却惰性气体中央进气管，在铝碳化硅板下方的炉内腔体的底部四个顶角位置处，均设置有冷却惰性气体边角进气管，在冷却惰性气体中央进气管的一侧的炉内腔体中的底部设置有排气口；在铝碳化硅板上方的炉内腔体左侧板上，设置有冷却惰性气体左侧进气嘴，在铝碳化硅板下方的炉内腔体右侧板上，设置有冷却惰性气体右侧进气嘴。
7.左侧温度控制模块通过采集左侧热电偶插入孔中的左侧热电偶温度，通过pid算法，控制输出4
‑
20ma电流信号给左侧调压器，实现对左侧石英灯并联组的输出功率的控制；中部温度控制模块通过采集插接在中部热电偶插入孔中的中部热电偶温度，通过pid算法，控制输出4
‑
20ma电流信号给中部调压器，实现对中部石英灯并联组的输出功率的控制；右侧温度控制模块通过采集插接在右侧热电偶插入孔中的右侧热电偶温度，通过pid算法，控制输出4
‑
20ma电流信号给调压器，实现对右侧石英灯并联组的输出功率的控制；通过对以上三组石英灯的输出功率的控制，实现铝碳化硅板上温度的不均匀性达到正负2摄氏度的要求。
8.在共晶炉进行共晶工艺的最后冷却时，是同时通过冷却惰性气体左侧进气嘴、冷却惰性气体右侧进气嘴、在铝碳化硅板下方的炉内腔体的底部中央位置处设置的冷却惰性气体中央进气管和在铝碳化硅板下方的炉内腔体的底部四个顶角位置处，设置的冷却惰性气体边角进气管，向炉内通入冷却惰性气体的，在冷却惰性气体左侧进气嘴上连接有分散气体的喷头。
9.本发明大大提升了共晶炉体内共晶元件传热支撑板的温度均匀性，降其上温差控
制在正负2摄氏度之内，提高了共晶焊接的良品率；本发明的冷却结构，也缩短了共晶炉的生产节奏，提高了共晶的生产效率。
附图说明
10.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的炉体内石英管的排布及冷却气体进入管的分布图；图3是本发明的石英管内灯丝10的结构示意图；图4是本发明的铝碳化硅板2上的热电偶插入孔的结构示意图；图5是本发明的石英灯并联组的电气连接示意图。
具体实施方式
11.下面结合附图对本发明进行详细说明：一种能有效提升炉内共晶温度均匀性的共晶炉，包括炉内腔体1，在炉内腔体1中的底部，均匀排布有石英灯6，在石英灯6正上方的炉内腔体中，设置有铝碳化硅板2，在铝碳化硅板2上，设置有共晶焊接的微电子封装器件，在铝碳化硅板2上从左向右间隔地设置有左侧热电偶插入孔11、中部热电偶插入孔12和右侧热电偶插入孔13，在石英灯6内，设置有中间缠绕稀松，但两端缠绕密集的灯丝10；在炉内腔体1中的底部均匀排布的石英灯6被从左向右，依次并联成三组，即左侧石英灯并联组14、中部石英灯并联组15和右侧石英灯并联组16，在左侧石英灯并联组14上连接有左侧调压器17，左侧调压器17的输入端与供电电源连接在一起，在左侧调压器17的控制端上，连接有左侧温度控制模块18，左侧温度控制模块18的输入端上连接有插接在左侧热电偶插入孔11中的左侧热电偶，在中部石英灯并联组15上连接有中部调压器19，中部调压器19的输入端与供电电源连接在一起，在中部调压器19的控制端上连接有中部温度控制模块20，中部温度控制模块20的输入端上连接有插接在中部热电偶插入孔12中的中部热电偶，在右侧石英灯并联组16上连接有右侧调压器21，右侧调压器21的输入端与供电电源连接在一起，在右侧调压器21的控制端上连接有右侧温度控制模块22，右侧温度控制模块22的输入端上连接有插接在右侧热电偶插入孔13中的右侧热电偶。
12.在铝碳化硅板2下方的炉内腔体的底部中央位置处，设置有冷却惰性气体中央进气管7，在铝碳化硅板2下方的炉内腔体的底部四个顶角位置处，均设置有冷却惰性气体边角进气管9，在冷却惰性气体中央进气管7的一侧的炉内腔体1中的底部设置有排气口8；在铝碳化硅板2上方的炉内腔体左侧板3上，设置有冷却惰性气体左侧进气嘴4，在铝碳化硅板2下方的炉内腔体右侧板上，设置有冷却惰性气体右侧进气嘴5。
13.左侧温度控制模块18通过采集左侧热电偶插入孔11中的左侧热电偶温度，通过pid算法，控制输出4
‑
20ma电流信号给左侧调压器17，实现对左侧石英灯并联组14的输出功率的控制；中部温度控制模块20通过采集插接在中部热电偶插入孔12中的中部热电偶温度，通过pid算法，控制输出4
‑
20ma电流信号给中部调压器19，实现对中部石英灯并联组15的输出功率的控制；右侧温度控制模块22通过采集插接在右侧热电偶插入孔13中的右侧热电偶温度，通过pid算法，控制输出4
‑
20ma电流信号给调压器21，实现对右侧石英灯并联组16的输出功率的控制；通过对以上三组石英灯的输出功率的控制，实现铝碳化硅板2上温度
的不均匀性达到正负2摄氏度的要求。
14.在共晶炉进行共晶工艺的最后冷却时，是同时通过冷却惰性气体左侧进气嘴4、冷却惰性气体右侧进气嘴5、在铝碳化硅板2下方的炉内腔体的底部中央位置处设置的冷却惰性气体中央进气管7和在铝碳化硅板2下方的炉内腔体的底部四个顶角位置处，设置的冷却惰性气体边角进气管9，向炉内通入冷却惰性气体的，在冷却惰性气体左侧进气嘴4上连接有分散气体的喷头。