一种集成电路封装焊线系统及其方法与流程

1.本发明涉及集成电路封装技术领域，具体为一种集成电路封装焊线系统及其方法。


背景技术：

2.在传统的半导体集成电路生产（后道封装）领域，通常采用超声烧焊工艺完成芯片的焊接。该工艺流程简述如下：将框架基片、芯片、焊线置于它们的设计位置组装，接着将组装的产品固定在焊接夹具上，再将固定有产品的夹具送入轨道进行超声焊接，过程中充入保护性气体，之后开始焊接，焊接程序结束后。轨道打开送出产品。
3.该工艺流程简述如下：将框架基片、芯片、焊线置于它们的设计位置组装，接着将组装的产品固定在焊接夹具上，再将固定有产品的夹具送入轨道进行超声焊接，过程中充入保护性气体，之后开始焊接，焊接程序结束后。夹具打开送出产品。这种工艺存在以下几个问题:为了避免芯片焊接完成后存在氧化，使用的焊线通常比芯片焊点小，焊接过程中芯片周围的边框容易因为焊接过程造成铝挤；焊线烧球偏大造成生产成本增加，另外在合金焊接过程中，烧球方式跟钯铜线,铜烧球方式不一致，这一过程中，没有预热功能，保护气的急速冷却，导致焊线球的急速硬化；因而焊线球，往往沿着球形边缘的某一个方向溢出，从而形成焊点下方裂纹。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题在于克服现有技术的容易产生裂纹和焊线烧球偏大造成生产成本增加等缺陷，提供一种集成电路封装焊线系统及其方法。所述一种集成电路封装焊线系统及其方法能够解决由于焊球在常温下跟高温芯片接触产生的裂纹问题，和具有比较好的各向同性，在焊接过程中，焊线球形成前开始预热后的保护气，使焊接系统的各个方向都具有流向芯片的高温气体，从而保证焊球在芯片焊点上功率圈的边缘均匀分布，焊点小，降低了成本。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种集成电路封装焊线系统及其方法，包括底板，所述底板上安装有供芯片或电路板固定的夹台；侧板，所述侧板上设有升降机构；高压放电装置，所述高压放电装置安装在所述底板的前壁上，所述高压放电装置的输出端设有输出线体；安装台，所述安装台固定连接侧板的前壁，且安装台上安装有保护气体存储罐，所述保护气体存储罐安装并连接有导管，所述导管的输入端设有电磁阀；焊线主体，所述焊线主体安装在所述侧板的前方，并连接升降机构，所述焊线主体的底部设有保护气作用仓，所述保护气作用仓连接输出线体和导管的末端。
6.基于上述，夹台可供芯片管基进行夹持固定，升降机构用于对焊线主体的升降操
作，以便于控制焊线主体的高度，高压放电装置产生的高温气体，可使焊接系统的各个方向都具有流向芯片的高温气体，从而保证焊球在芯片焊点上功率圈的边缘均匀分布。
7.优选的，所述夹台包括第一凸块、第二凸块，所述第一凸块、第二凸块为平行设置，所述第一凸块与夹台的上表面一体成型，所述第一凸块的侧壁开孔活动连接有至少两个平行状的拉杆，每个所述拉杆靠近第二凸块的一侧外壁上固定安装有固定板，且另一端固定安装有拉板，且每个所述拉杆的外壁套设有复位弹簧，所述复位弹簧设于固定板与第一凸块之间；所述第二凸块靠近第一凸块的一侧壁上呈对立状的开设有第二滑槽，所述第二凸块的侧方设有移动夹块，两个所述移动夹块均滑动连接第二滑槽，所述第二凸块的顶部开孔安装有第二定位螺栓，所述第二定位螺栓的底端延伸至所述第二滑槽的内腔中并抵接移动夹块的端部，两个所述移动夹块相邻的一侧壁上均安装有电动推杆，两个所述电动推杆之间固定安装有固定块，所述固定块固定连接第二凸块的侧壁。
8.基于上述，电动推杆可实现对两个移动夹块前后位置的调节工作，并与拉杆和复位弹簧的共同作用，可实现对芯片管基或较大的电路板，进行夹持固定操作，同时提高了此夹具对不同的芯片或电路板的适用性。
9.优选的，所述夹台的顶部开设有至少两个平行状的第一滑槽，所述第二凸块的底端安装有与第一滑槽匹配的滑块，且第二凸块的顶部开孔安装有第一定位螺栓，所述第一定位螺栓的底端延伸至第一滑槽的内腔底部。
10.基于上述，可实现对第二凸块左右位置的调节工作，进一步的提高了此夹台的使用效果以及调节范围。
11.优选的，还包括预留分隔挡板，所述固定块远离第二凸块的侧壁上开设有插孔，所述预留分隔挡板的侧壁上一体成型有与所述固定块插孔匹配的插块，且预留分隔挡板可拆卸连接固定块；两个所述移动夹块均为横向“7”字状设置，且两个所述移动夹块相邻的一侧壁、预留分隔挡板的两侧壁、以及固定板靠近第二凸块的一侧壁上均设有防滑垫。
12.基于上述，预留分隔挡板可拆卸连接固定块，可将此夹台前后分隔成两个焊线工位，提高了焊线工作效率，且移动夹块、固定板的整体结构设置合理，整体夹持结构稳定，防滑效果佳。
13.优选的，所述升降机构包括丝杆升降机和升降台面；所述丝杆升降机固定安装在侧板的前壁上，且丝杆升降机上安装有输出丝杆，所述升降台面开孔并固定安装有与输出丝杆匹配的丝杆导套，所述侧板壁上开设有垂直状的导槽，所述升降台面滑动连接导槽。
14.基于上述，升降机构中的丝杆升降机及传动结构设置合理，可实现对焊线主体的升降操作，具有很好的高度调节功能，适用性得以进一步的提高。
15.优选的，所述升降台面开孔并活动连接导杆，所述导杆与输出丝杆为延着同一水平线设置并与侧板之间呈平行安装。
16.基于上述，通过导杆的设置，进一步的提高了升降台面、以及焊线主体进行高度调节工作时的稳定性，有利于进行焊线操作。
17.优选的，所述保护气作用仓中设有工作管，所述工作管的底端安装有锥形状的陶
瓷管，所述工作管的顶部延伸出保护气作用仓并固定安装有给料管，且工作管工作管的外壁安装有保护器，所述给料管的内壁设有耐酸涂层。
18.基于上述，高压放电装置发出的电体，可通过输出线体至保护气作用仓中的工作管中，并使得陶瓷管产生高温，可加热保护气体，保护器稳定输出线体的输出电压、电流，使得焊接系统的各个方向都具有流向芯片的高温气体。
19.优选的，包括基板和焊线球；所述基板的下方设有所述保护气体存储罐输出的二氧化碳保护气层，所述焊线球设于基板的顶部，所述焊线球与基板的连接处设有相互对立的氧化铝，所述氧化铝的上表面设有共晶合金。
20.基于上述，此基板和焊线球之间通过其下方设有二氧化碳保护气层，可在焊线时起到一个很好的保护工作，以及对保护气体的预热，能够解决由于焊球在常温下跟高温芯片接触产生的裂纹问题，具有比较好的各向同性；氧化铝提高焊线连接效果，且共晶合金焊接具有热导率高、电阻小、传热快、可靠性强、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中芯片与基板、基板与管壳的互联，例如对于有较高散热要求的功率器件采用共晶焊接具有良好的散热效果。
21.优选的，包括以下操作方法：步骤一，管基、芯片放置，首先将管基放在夹台上，拉动拉杆，通过拉杆的复位，可以将管基放置所述两个移动夹块与固定板之间，进行夹持固定，接着将芯片置于管基的相应位置，再将芯片放在焊料线正下方，放下焊线球；步骤二，再通过控制电磁阀打开所述保护气体存储罐，并焊线主体开启预热，使得保护气通过导管至焊线主体中，并通过预热后进入焊线主体底部的保护气作用仓中；步骤三，向下移动焊线主体的焊接部，向下压动焊线球，使得焊线球左右震荡，同时在焊线球的两侧依次放置氧化铝薄片，以及共晶合金；步骤四，最后进入焊线程序，打开高压放电装置中，使得输出线体带高压电体至末端的陶瓷管，产生高温可对芯片、焊线球和基板之间进行焊接，焊接程序结束并打开固定板取出产品，焊接完成。
22.基于上述，本操作方法可降低了焊线裂纹的产生，从而节约了成本，而且芯片焊点的焊接更加的牢靠。
23.优选的，所述预热气体是在焊料烧球前开启的，所述预热气体的温度设在150
‑
200℃；所述焊接程序的温度控制如下：焊接程序初期，温度上升后控制比焊线夹具温度略低；待开始焊接后，继续升温至焊线夹具温度升高30℃，焊线过程中温度持续不变，以保证防焊线球不会急速冷却变硬；待焊线球跟焊点接触完成焊接后，产品焊接完毕，焊接程序结束。
24.基于上述，采取在烧球阶段打开高温保护气体，采用芯片，跟焊球同温度下焊接，使得焊接系统的各向同性比较好，从而使芯片焊点底部的受力更加均匀。适用于半导体集成电路生产过程中芯片的焊接。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够解决由于焊球在常温下跟高温芯片接触产生的裂纹问题，从而节约了
成本，而且芯片焊点的焊接更加的牢靠；主要通过稳定的、可调节的夹台设置，其焊线设备可进行高度的调节，同时采取在烧球阶段可进行向下压的，并进行压力的左右震荡，以及焊线球形成前开始预热后的保护气，使焊接系统的各个方向都具有流向芯片的高温气体，从而保证焊球在芯片焊点上功率圈的边缘均匀分布，采用芯片跟焊球同温度下焊接，使得焊接系统的各向同性比较好，从而使芯片焊点底部的受力更加均匀，适用于半导体集成电路生产（后道封装）过程中芯片的焊接。
附图说明
26.图1为本发明所述焊接设备的结构示意图；图2为本发明所述夹台的结构示意图；图3为本发明图1处a的放大图；图4为本发明图2处b的放大图;图5为本发明保护气作用壳体；图6为本发明焊线封装安装结构示意图；图7为本发明集成电路封装焊线封装方法的流程图；图中标号：1、底板；100、夹台；101、第一凸块；102、拉杆；103、固定板；104、第一滑槽；105、第二凸块；106、第一定位螺栓；107、第二滑槽；108、第二定位螺栓；109、固定块；110、预留分隔挡板；111、电动推杆；112、移动夹块；113、复位弹簧；2、侧板；200、升降机构；201、丝杆升降机；202、输出丝杆；203、升降台面；204、导槽；205、导杆；3、高压放电装置；31、输出线体；4、安装台；401、保护气体存储罐；402、电磁阀；402、导管；5、焊线主体；51、保护气作用仓；52、工作管；53、陶瓷管；54、保护器；55、给料管；56、耐酸涂层；6、基板；61、二氧化碳保护气层；62、氧化铝；63、共晶合金；64、焊线球。
具体实施方式
27.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，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：包括底板1，底板1上安装有供芯片或电路板固定的夹台100；侧板2，侧板2上设有升降机构200；高压放电装置3，高压放电装置3安装在底板1的前壁上，高压放电装置3的输出端设有输出线体31；安装台4，安装台4固定连接侧板2的前壁，且安装台4上安装有保护气体存储罐401，保护气体存储罐401安装并连接有导管403，导管403的输入端设有电磁阀402；焊线主体5，焊线主体5安装在侧板2的前方，并连
接升降机构200，焊线主体5的底部设有保护气作用仓51，保护气作用仓51连接输出线体31和导管402的末端。
29.基于上述，夹台100可供芯片管基进行夹持固定，升降机构200用于对焊线主体5的升降操作，以便于控制焊线主体5的高度，高压放电装置3产生的高温气体，可使焊接系统的各个方向都具有流向芯片的高温气体，从而保证焊球在芯片焊点上功率圈的边缘均匀分布。
30.请参阅图2、4，具体的，夹台100包括第一凸块101、第二凸块105，第一凸块101、第二凸块105为平行设置，第一凸块101与夹台100的上表面一体成型，第一凸块101的侧壁开孔活动连接有至少两个平行状的拉杆102，每个拉杆102靠近第二凸块105的一侧外壁上固定安装有固定板103，且另一端固定安装有拉板，且每个拉杆102的外壁套设有复位弹簧113，复位弹簧113设于固定板103与第一凸块101之间；第二凸块105靠近第一凸块101的一侧壁上呈对立状的开设有第二滑槽107，第二凸块105的侧方设有移动夹块112，两个移动夹块112均滑动连接第二滑槽107，第二凸块105的顶部开孔安装有第二定位螺栓108，第二定位螺栓108的底端延伸至第二滑槽107的内腔中并抵接移动夹块112的端部，两个移动夹块112相邻的一侧壁上均安装有电动推杆111，两个电动推杆111之间固定安装有固定块109，固定块109固定连接第二凸块105的侧壁。
31.基于上述，电动推杆111可实现对两个移动夹块112前后位置的调节工作，并与拉杆102和复位弹簧113的共同作用，可实现对芯片管基或较大的电路板，进行夹持固定操作，同时提高了此夹具对不同的芯片或电路板的适用性。
32.进一步的，夹台100的顶部开设有至少两个平行状的第一滑槽104，第二凸块105的底端安装有与第一滑槽104匹配的滑块，且第二凸块105的顶部开孔安装有第一定位螺栓106，第一定位螺栓106的底端延伸至第一滑槽104的内腔底部。
33.基于上述，第二凸块105可横向滑动在夹台100上，对应的增加或减少两个移动夹块112与固定板103之间的距离，进而可实现对第二凸块105左右位置的调节工作，进一步的提高了此夹台100的使用效果、稳定性以及调节范围。
34.较佳的，还包括预留分隔挡板110，固定块109远离第二凸块105的侧壁上开设有插孔，预留分隔挡板110的侧壁上一体成型有与固定块109插孔匹配的插块，且预留分隔挡板110可拆卸连接固定块109；两个移动夹块112均为横向“7”字状设置，且两个移动夹块112相邻的一侧壁、预留分隔挡板110的两侧壁、以及固定板103靠近第二凸块105的一侧壁上均设有防滑垫。
35.请参阅图1、3，基于上述，预留分隔挡板110可拆卸连接固定块109，其夹持的部件可增大或减小，可将此夹台100前后分隔成两个焊线工位，适用于较小的工件夹持固定，可双工位工作，提高了焊线工作效率，且移动夹块112、固定板103的整体结构设置合理，整体夹持结构稳定，防滑效果佳。
36.具体的，升降机构200包括丝杆升降机201和升降台面203；丝杆升降机201固定安装在侧板2的前壁上，且丝杆升降机201上安装有输出丝杆202，升降台面203开孔并固定安装有与输出丝杆202匹配的丝杆导套，侧板2壁上开设有垂直状的导槽204，升降台面203滑动连接导槽204。
37.基于上述，升降机构200中的丝杆升降机201及传动结构设置合理，可实现对焊线
主体5的升降操作，使得焊线主体5具有很好的高度调节功能，适用性得以进一步的提高，并且可产生向下的压力的同时，进行左右晃动，提高了焊接效果。
38.优选的，升降台面203开孔并活动连接导杆205，导杆205与输出丝杆202为延着同一水平线设置并与侧板2之间呈平行安装。通过导杆205的设置，进一步的提高了升降台面203、以及焊线主体5进行高度调节工作时的稳定性，有利于进行焊线操作。
39.请参阅图6，具体的，保护气作用仓51中设有工作管52，工作管52的底端安装有锥形状的陶瓷管53，工作管52的顶部延伸出保护气作用仓51并固定安装有给料管55，且工作管52工作管52的外壁安装有保护器54，给料管55的内壁设有耐酸涂层56。
40.基于上述，高压放电装置3发出的电体，可通过输出线体31至保护气作用仓51中的工作管52中，并使得陶瓷管53产生高温，可加热保护气体，保护器54稳定输出线体31的输出电压、电流，使得焊接系统的各个方向都具有流向芯片的高温气体。
41.请参阅图5，一种集成电路封装焊线系统的焊线焊接结构，包括基板6和焊线球64；基板6的下方设有保护气体存储罐401输出的二氧化碳保护气层61，焊线球64设于基板6的顶部，焊线球64与基板6的连接处设有相互对立的氧化铝62，氧化铝62的上表面设有共晶合金63。
42.此基板6和焊线球64之间通过其下方设有二氧化碳保护气层61，可在焊线时起到一个很好的保护工作，以及对保护气体的预热，能够解决由于焊球在常温下跟高温芯片接触产生的裂纹问题，具有比较好的各向同性；氧化铝62提高焊线连接效果，且共晶合金63焊接具有热导率高、电阻小、传热快、可靠性强、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中芯片与基板、基板与管壳的互联，例如对于有较高散热要求的功率器件采用共晶焊接具有良好的散热效果。
43.请参阅图7，集成电路封装焊线系统的封装方法如下：步骤一，管基、芯片放置，首先将管基放在夹台100上，拉动拉杆102，通过拉杆102的复位，可以将管基放置两个移动夹块112与固定板103之间，进行夹持固定，接着将芯片置于管基的相应位置，再将芯片放在焊料线正下方，放下焊线球64；步骤二，开启保护气体，再通过控制电磁阀402打开保护气体存储罐401，并焊线主体5开启预热，使得保护气通过导管202至焊线主体5中，并通过预热后进入焊线主体5底部的保护气作用仓51中；步骤三，压力的左右震荡，向下移动焊线主体5的焊接部，向下压动焊线球64，使得焊线球64左右震荡，同时在焊线球64的两侧依次放置氧化铝62薄片，以及共晶合金63；步骤四，最后进入焊线程序，打开高压放电装置3中，使得输出线体31带高压电体至末端的陶瓷管53，产生高温可对芯片、焊线球64和基板6之间进行焊接，焊接程序结束并打开固定板103取出产品，焊接完成。
44.本管基、芯片的焊接操作方法可降低了焊线裂纹的产生，从而节约了成本，而且芯片焊点的焊接更加的牢靠。
45.进一步的，预热气体是在焊料烧球前开启的，预热气体的温度设在150
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200℃；焊线后的imc检测的面积约为芯片焊点的面积的80%～90%；焊接程序的温度控制如下：焊接程序初期，温度上升后控制比焊线夹具温度略低；待开始焊接后，继续升温至焊线夹具温度升高30℃，焊线过程中温度持续不变，以保证防焊线球不会急速冷却变硬；待焊线球1跟焊点
接触完成焊接后，产品焊接完毕，焊接程序结束。
46.采取在烧球阶段打开高温保护气体，采用芯片，跟焊球同温度下焊接，使得焊接系统的各向同性比较好，从而使芯片焊点底部的受力更加均匀。适用于半导体集成电路生产后道封装过程中芯片的焊接。
47.需要注意的是：本发明采取了两个重要措施对芯片焊接工艺进行改进：一是为了解决由于焊球在常温下跟高温芯片接触产生的裂纹问题。二是为了保证合金焊接系统具有比较好的各向同性，在焊接过程中，焊线球形成前开始预热后的保护气体，使焊接系统的各个方向都具有流向芯片的高温气体，从而保证焊球在芯片焊点上功率圈的边缘均匀分布。由于现在的焊接设备都具有自动温度补偿功能，所以在焊线前阶段打开高温气体不会造成合金线焊接球的偏移。在生产实际中，该方法能够成功用于半导体集成电路生产（后道封装）过程中芯片的组装工艺中。
48.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。