一种手动共晶贴片装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及共晶贴片领域，具体公开了一种手动共晶贴片装置、系统及方法。


背景技术：

2.共晶贴片工艺是通过金属合金焊料来形成焊接层，将芯片焊接到对应的载体上去。
3.目前，虽然全自动贴片机已经十分成熟，且应用广泛，但是全自动贴片机的结构复杂、成本较高，在面对小批量多品种的芯片的共晶贴片需求时，并不具有优势。另外，现有的共晶贴片装置在贴片时容易出现温度不稳定的情况，不能完全保障共晶贴片的质量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单的手动共晶贴片装置，一方面解决全自动贴片机结构复杂的技术问题，另一方面解决共晶贴片质量不佳的技术问题，为小批量多品种的芯片的生产问题提供一种解决方案。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.第一方面，本发明提供了一种手动共晶贴片装置，包括并列设置的预热室和共晶室；所述预热室中设置有预热平台、对预热平台加热的第一加热单元，所述共晶室中设置有共晶平台、对共晶平台加热的第二加热单元；所述预热室上设置有向预热平台注入氮气的第一氮气注入单元，所述共晶室上设置有向共晶平台注入氮气的第二氮气注入单元。
7.可选地，所述预热室包括加热仓，所述加热仓的顶部设置有竖向贯通的加热口，所述预热平台置于所述加热口。
8.可选地，所述第一氮气注入单元包括连接在所述加热仓上依次设置的风淋板和氮气注入板；所述风淋板罩于所述预热平台的上方，所述风淋板和加热仓围合形成一个侧面开口的氮气喷淋空间；所述氮气注入板背离所述风淋板的面上设置有第一氮气注入口，所述氮气注入板朝向所述风淋板的面上设置有与所述第一氮气注入口连通的氮气分流空间；所述风淋板上设置有若干喷淋孔，以使所述氮气喷淋空间与所述氮气分流空间连通。
9.可选地，所述共晶室的顶部具有竖向贯通的操作口，所述共晶平台位于所述操作口的下方，所述第二氮气注入单元为设置在所述共晶室的侧壁上的第二氮气注入口，所述第二氮气注入口的水平位低于所述共晶平台的水平位。
10.为了方便操作，所述共晶室的侧壁上设置有可升降的托手盘。
11.第二方面，本发明还提供了一种手动共晶贴片系统，包括上述的手动共晶贴片装置，还包括控制器、与控制器电连接的第一温控系统；
12.所述第一温控系统，用于对预热平台进行控温，包括：
13.第一温度检测模块，用于检测所述预热平台的温度；
14.第一信号处理模块，用于接收第一温度检测模块检测到的温度信号后进行模/数转换处理，并将处理后的数字信号发送至控制器；
15.第一控温固态继电器，与第一加热单元电连接；
16.所述控制器用于根据第一信号处理模块发送的数字信号判断预热平台的温度是否超过第一预设阈值，若超过第一预设阈值则控制所述第一控温固态继电器以切断所述第一加热单元的电源。
17.可选地，还包括与所述控制器电连接的第一安全系统；
18.所述第一安全系统，用于对预热平台进行超温保护，包括：
19.第二温度检测模块，用于检测所述预热平台的温度；
20.第二信号处理模块，用于接收第二温度检测模块检测到的温度信号后进行模/数转换处理，并将处理后的数字信号发送至控制器；
21.第一保护固态继电器，通过交流接触器与第一控温固态继电器电连接；
22.所述控制器还用于根据第二温度检测模块发送的数字信号判断预热平台的温度是否超过第二预设阈值，若超过第二预设阈值则控制所述第一保护固态继电器以切断所述第一加热单元的电源。
23.可选地，还包括与所述控制器电连接的第二温控系统和第二安全系统，所述第二温控系统用于对共晶平台进行控温，所述第二安全系统用于对共晶平台进行超温保护。
24.可选地，还包括与所述控制器电连接的上位机，所述上位机中存储有所述控制器获取的温度信息。
25.第三方面，本发明还提供了一种手动共晶贴片方法，包括以下步骤：
26.1)提供预热室和共晶室，在预热室中设置预热平台，在共晶室中设置共晶平台；
27.2)将芯片置于预热平台上，并对预热平台加热，同时向预热室注入氮气，使芯片处于氮气环境中；
28.3)获取预热平台的温度信息，在预热平台的温度值达到预设值时，将芯片转移至共晶平台；
29.4)对共晶平台加热进行共晶，同时向共晶室注入氮气，使芯片处于氮气环境中；
30.5)获取共晶平台的温度信息，在共晶平台的温度值超过预设值时，停止对共晶平台加热。
31.本方案的有益效果在于：
32.第一，本发明手动共晶贴片装置结构简单，且在芯片预热和共晶贴片过程均有氮气保护，可提高共晶贴片质量；
33.第二，本发明手动共晶贴片系统中设置的第一温控系统和第一安全系统可保障温度稳定；
34.第三，本发明手动共晶贴片系统中的加热单元使用了两组热电偶，实现了控温和超温保护的隔离，有效保证了共晶贴片台的安全性；
35.第四，本发明手动共晶贴片系统具有可视化的声光报警功能；
36.第五，本发明手动共晶贴片系统可通过上位机进行历史数据查询，有利于检查故障和维护。
37.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和
获得。
附图说明
38.图1为实施例中手动共晶贴片装置的立体结构示意图；
39.图2为图1的俯视结构示意图；
40.图3为沿图2中a
‑
a线的剖视结构示意图；
41.图4为实施例中预热室和共晶室的部分结构示意图；
42.图5为实施例中风淋板的立体结构示意图；
43.图6为实施例中预热平台的立体结构示意图；
44.图7为实施例中共晶平台的立体结构示意图；
45.图8为实施例中托手盘的立体结构示意图；
46.图9为实施例中第一加热单元的立体结构示意图；
47.图10为图9的主视结构示意图；
48.图11为沿图10中b
‑
b线的剖视结构示意图；
49.图12为实施例中手动共晶贴片系统的框架示意图；
50.图13为实施例中控制器、第一温控系统和第一安全系统的框架示意图；
51.图14为实施例中手动共晶贴片方法的流程示意图。
52.附图中标记如下：
53.底板100；预热室200，预热平台210，凹槽211，物料取放口212，第一加热单元220，加热支架221，第一安装台222，加热仓230，加热口231，风淋板240，第一支板241，第二支板242，第三支板243，喷淋孔243a，氮气注入板250，第一氮气注入口251；共晶室300，操作口301，第二氮气注入口302，共晶平台310，管脚槽311，第二加热单元320，托手盘330，h型固定支架331，t型升降支架332，滑槽332a，圆盘型托盘333，调节螺栓334；控制器400；第一温控系统500，第二温控系统500
′
，第一温度检测模块510，第一信号处理模块520，第一控温固态继电器530，加热棒540；第一安全系统600，第二安全系统600
′
，第二温度检测模块610，第二信号处理模块620，保护固态继电器630，交流接触器640，声光报警器650；上位机700。
具体实施方式
54.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
55.如图1、图3所示，该手动共晶贴片系统包括一种手动共晶贴片装置，该手动共晶贴片装置包括底板100，底板100上设置有并列的预热室200和共晶室300；预热室200中设置有预热平台210、对预热平台210加热的第一加热单元220，共晶室300中设置有共晶平台310、对共晶平台310加热的第二加热单元320；预热室200上设置有向预热平台210注入氮气的第一氮气注入单元，共晶室300上设置有向共晶平台310注入氮气的第二氮气注入单元。本技术中，所述底板100为所述预热室200和共晶室300的共用底板，可以使得结构更为紧凑，制造安装更方便，集成度更佳。
56.如图1
‑
图6所示，预热室200包括加热仓230，加热仓230为箱体结构，加热仓230的顶部设置有竖向贯通的加热口231，预热平台210置于加热口231。所述第一加热单元220置于所述加热仓230中并与所述预热平台210贴合，从而对所述预热平台210加热。
57.所述预热平台210用于芯片的预热。预热平台210上设置有可容纳芯片载物板的凹槽211，凹槽211的一侧开口，凹槽211的开口处设置有物料取放口212。芯片预热时放置于芯片载物板上，芯片载物板置于凹槽211中，物料取放口212的设置便于通过镊子等工具取放芯片载物板。
58.优选的，如图9
‑
图11所示，所述第一加热单元220包括加热支架221以及固定在加热支架221上的第一安装台222，所述第一安装台222在所述加热支架221的支撑下穿越所述加热口231以与所述预热平台210贴合。所述第一安装台222和预热平台210均由导热材料制成(例如采用导热性好的铜材制成)，在所述第一安装台222上设置有加热棒540、第一温度检测模块510以及第二温度检测模块610。加热时，加热棒540的加热温度通过所述第一安装台222导热至所述预热平台210，所述预热平台210将加热温度传递至其上的芯片，从而完成对所述芯片的预热。本实施例中，预热平台210的上表面伸出加热仓230。
59.第一氮气注入单元包括连接在加热仓230上依次设置的风淋板240和氮气注入板250；风淋板240罩于预热平台210的上方，风淋板240和加热仓230围合形成一个侧面开口的氮气喷淋空间；氮气注入板250背离风淋板240的面上设置有第一氮气注入口251，氮气注入板250朝向风淋板240的面上设置有与第一氮气注入口251连通的氮气分流空间；风淋板240上设置有若干喷淋孔243a，以使氮气喷淋空间与氮气分流空间连通。具体地：
60.所述风淋板240包括竖向交叉设置的第一支板241和第二支板242、横向盖设在第一支板241和第二支板242上的第三支板243，喷淋孔243a设置在第三支板243上，预热平台210位于该氮气喷淋空间中第三支板243的下方，可持续为预热平台210提供氮气风淋。氮气喷淋空间的开口方向朝向共晶室，方便操作。
61.所述氮气注入板250包括一形状与所述第三支板243相适配的顶板以及自所述顶板的各边缘向所述第三支板243方向延伸形成的各侧板，所述第一氮气注入口251设置于所述顶板上，所述各侧板与所述第三支板243的各边缘相连，所述顶板、各侧板以及所述第三支板243围合而形成所述的氮气分流空间。
62.如图1
‑
图4所示，本实施例中，所述共晶室300的顶部具有竖向贯通的操作口301，所述第二加热单元置于所述共晶室300中用于支撑并加热所述共晶平台310，所述共晶平台310位于操作口301的下方，方便工人通过所述操作口301共晶贴片操作。所述第二氮气注入单元为设置在共晶室300的侧壁上的第二氮气注入口302，第二氮气注入口302的水平位低于共晶平台310的水平位。优选的，第二氮气注入口302设置在共晶室300的侧壁底部，使氮气注入共晶室300后从下往上持续流经芯片，最大范围的保护了芯片。具体地：
63.所述第二加热单元320与第一加热单元220的结构相同，第二加热单元320的第二安装台322和共晶平台310均由导热材料制成(例如采用导热性好的铜材制成)，第二安装台322的上表面与共晶平台310的下表面贴合。
64.如图7所示，所述共晶平台310用于芯片的共晶贴片。共晶平台310上设置有与不同芯片引脚对应的管脚槽311，用于放置不同型号的双列直插电路的引脚，本实施例中，管脚槽311的数量为三个，因此共晶平台310可对双列直插电路和扁平封装电路进行共晶贴片，提高了共晶贴片台的适用范围。
65.如图8所示，优选的，所述共晶室300的侧壁上还设置有可升降的托手盘330，可为操作员的手提供支撑，便于操作。可升降的托手盘330包括h型固定支架331、t型升降支架
332、圆盘型托盘333和调节螺栓334，圆盘型托盘333固定在t型升降支架332上，t型升降支架332上设置有滑槽332a，调节螺栓334穿过滑槽332a连接在h型固定支架331上，h型固定支架331固定在共晶室300的侧壁上，需要升降托盘333时，松开调节螺栓334，移动t型升降支架332到位后，拧紧调节螺栓334即可。
66.如图12所示，上述的手动共晶贴片系统还包括控制器400、与控制器400电连接的第一温控系统500和第一安全系统600。本实施例中，预热平台210和共晶平台310工作在不同温度，因此都具有相同但又相互独立的温控系统和安全系统，即预热平台210对应有第一温控系统500和第一安全系统600，共晶平台310对应有第二温控系统500
′
和第二安全系统600
′
。因为预热平台210对应的第一温控系统500和第一安全系统600与共晶平台310对应的第二温控系统500
′
和第二安全系统600
′
结构原理均相同，因此以下以预热平台210的第一温控系统500和第一安全系统600进行说明。
67.如图13所示，第一温控系统500用于对预热平台210进行控温，所述第一温控系统500包括第一温度检测模块510、第一信号处理模块520及第一控温固态继电器530。
68.所述第一温度检测模块510用于检测预热平台210的温度；第一信号处理模块520用于接收第一温度检测模块510检测到的温度信号后进行模/数转换处理，并将处理后的数字信号发送至控制器400；第一控温固态继电器530与第一加热单元220电连接。所述控制器400用于根据第一信号处理模块520发送的数字信号判断预热平台210的温度是否超过第一预设阈值，若超过第一预设阈值则控制第一控温固态继电器530以切断第一加热单元220的电源。
69.第一安全系统600用于对预热平台210进行超温保护，所述第一安全系统600包括第二温度检测模块610、第二信号处理模块620及第一保护固态继电器630。
70.所述第二温度检测模块610用于检测预热平台210的温度。所述第二信号处理模块620用于接收第二温度检测模块610检测到的温度信号后进行模/数转换处理，并将处理后的数字信号发送至控制器400。所述第一保护固态继电器630通过交流接触器640与第一控温固态继电器530电连接。所述控制器400还用于根据第二温度检测模块610发送的数字信号判断预热平台210的温度是否超过第二预设阈值，若超过第二预设阈值则控制第一保护固态继电器630以切断第一加热单元220的电源。
71.本实施例中，第一温度检测模块510和第二温度检测模块610均为热电偶，用于采集温度数据；第一信号处理模块520和第二信号处理模块620均为max6675模块，将第一温度检测模块510和第二温度检测模块610采集的温度数据转换为数字信号，并分别反馈给给控制器400；控制器400为arduinomega2560控制器，用于控制第一温控系统500和第一安全系统600；第一控温固态继电器530可根据控制器400发出的指令来控制加热棒540的电源的通断，从而达到控制温度的目的；交流接触器640处于第一控温控温固态继电器530和加热棒540的前端，可在共晶贴片台超温失控时切断加热回路电源，起到保护作用。
72.本实施例中，第一安全系统600还包括与控制器400电连接的声光报警器650，用于在预热平台210的温度值超过预设值时进行声光提示。
73.上述的手动共晶贴片系统还包括与控制器400电连接的上位机700，上位机700中存储有控制器400获取的温度信息。在发生故障或维护时，可以查询上位机700中的历史温度信息，判断故障元件，及时更换。本实施例中，上位机700可通过与控制器400的通讯，实现
温度实时显示、历史数据查询和共晶贴片台的控制。
74.上述的手动共晶贴片系统工作时，首先将芯片置于芯片载物板，然后将芯片载物板置于预热平台210上的凹槽211，通过第一加热单元220上的加热棒540加热第一安装台222，由于第一安装台222与预热平台210贴合，且均由导热材料制成，第一安装台222将热量传导至预热平台210，对芯片进行预热。同时，将第一氮气注入口251连通氮气源，使氮气经过氮气注入板250和风淋板240后，持续对芯片进行风淋保护。
75.第一温度检测模块510获取预热平台210的温度信息，在预热平台210的温度值达到预设值时，利用镊子从预热平台210上的物料取放口212夹取芯片载物板，并将芯片转移至共晶平台。
76.将芯片的引脚插入管脚槽311，并将芯片的下表面与共晶平台310的上表面贴合，然后通过第二加热单元320对共晶平台310加热共晶，加热原理与第一加热单元220对预热平台210加热的原理相同。同时，将第二氮气注入口302连通氮气源，使氮气经过第二氮气注入口302进入共晶室300，将共晶室300内的大气从共晶室300顶部的操作口301挤出，持续对芯片进行保护。
77.共晶过程中，利用共晶平台第二温控系统500
′
中的温度检测模块获取共晶平台310的温度信息，在共晶平台310的温度值超过预设值时，控制器400发出指令来控制加热棒的电源的通断，停止对共晶平台310加热。同时，控制器400向声光报警器发出信号，使声光报警器进行声光提示。
78.共晶贴片操作中，操作人员可将手置于托手盘330上，同时也可以调节托手盘330的高低位置。
79.如图14所示，本技术还公开一种手动共晶贴片方法，可通过上述的手动共晶贴片系统实现，包括以下步骤：
80.s1、提供预热室200和共晶室300，在预热室200中设置预热平台210，在共晶室中设置共晶平台310；
81.s2、将芯片置于预热平台210上，并对预热平台210加热，同时向预热室200注入氮气，使芯片处于氮气环境中；
82.s3、获取预热平台210的温度信息，在预热平台210的温度值达到预设值时，将芯片转移至共晶平台310；
83.s4、对共晶平台310加热进行共晶，同时向共晶室300注入氮气，使芯片处于氮气环境中；
84.s5、获取共晶平台310的温度信息，在共晶平台310的温度值超过预设值时，停止对共晶平台310加热。
85.在其他实施例中，还包括：
86.s6、在共晶平台310的温度值超过预设值时发出声光报警信号。
87.在其他实施例中，步骤s3中，还包括：在预热平台210的温度值超过预设值时，停止对预热平台210加热。
88.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的
效果和本发明的实用性。