專利名稱：功率器件管芯焊接機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件管芯封裝設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種F型封裝的半導(dǎo)體功率器件管芯焊接機(jī)。
F型封裝的功率器件管芯與底座間連接通常是采用燒結(jié)爐或鏈?zhǔn)剿淼罓t的方式，它們均屬于靜態(tài)燒結(jié)方式。燒結(jié)爐由高溫?zé)Y(jié)爐、石英管、氣體純化系統(tǒng)及操作箱構(gòu)成。鏈?zhǔn)剿淼罓t由三溫區(qū)鏈?zhǔn)剿淼罓t、氣體純化系統(tǒng)及操作箱構(gòu)成。燒結(jié)爐方式是把焊片、管芯、石英粒依次放在底座上，用鉬夾子夾緊，放在鉬舟上推入約450℃溫度的燒結(jié)爐石英管內(nèi)，在真空或氫氮保護(hù)氣氛下恒溫約20分鐘，拉出冷卻而成。鏈?zhǔn)剿淼罓t方式是采用石墨模具或鉬架支承底座，依次放好焊片、管芯，再用不銹鋼珠加壓，放進(jìn)鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐，在氫氮保護(hù)氣氛下通過恒溫區(qū)后冷卻而成。靜態(tài)燒結(jié)方式存在下列缺點(diǎn)1、焊接質(zhì)量難以控制，容易造成芯片與底座之間的焊接空洞、虛焊、焊料層厚度不一致，且大部分因焊料被擠出而造成焊料層太薄，焊層與芯片、底座間的浸潤度差，粘接強(qiáng)度低，焊料再結(jié)晶狀況不好。因此，器件的熱阻RT一致性差，抗熱疲勞性能不好，其抗熱疲勞次數(shù)大多只能達(dá)到500－1000次。當(dāng)擠出的焊料流在管芯的邊緣上時還會造成穿通、漏電，影響了合格率。2、工藝繁瑣，燒結(jié)前后均需裝架，容易擦傷管芯表面。3、設(shè)備投資大、耗能大，通常每臺燒結(jié)爐功率都在數(shù)十千瓦左右。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用半敞開式動態(tài)焊接方式的功率器件管芯焊接機(jī)，能克服靜態(tài)燒結(jié)方式所造成的各種缺陷，從而大大地提高F型功率器件的抗熱疲勞性能。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的F型功率器件管芯焊接機(jī)由進(jìn)管導(dǎo)軌、支承座、恒溫加熱器、保護(hù)氣體管道、保護(hù)罩、送管導(dǎo)軌、擋板及底板組成。全部均為靜態(tài)構(gòu)件，管芯焊接由人工操作完成。恒溫加熱器由發(fā)熱元件、熱電偶、控溫儀及保護(hù)罩組成。保護(hù)氣體管道由三根管道及兩根管道支柱構(gòu)成，用于輸送氮?dú)浠旌媳Ｗo(hù)氣體。
本焊接機(jī)焊接F型功率器件管芯的工作原理及過程如下整個焊接工作過程均為人工操作完成。首先接通加熱器電源，升溫至260℃時進(jìn)入恒溫狀態(tài)，同時送入氮?dú)浠旌蠚怏w。把底座沿進(jìn)管導(dǎo)軌送至加熱器操作段(位于保護(hù)罩下面)，操作人員用錫基抗氧化焊料條點(diǎn)在已加熱的底座的銅塊上，并融下一定的焊料。然后用扁嘴鑷子小心夾住管芯兩邊，在熔融焊料上進(jìn)行摩擦，使焊料均勻地浸潤在底座銅塊與管芯背面。再送入第二只管座，同時利用它把第一只已粘管芯的底座推至恒溫區(qū)內(nèi)恒溫，使焊料再結(jié)晶，利用焊料的張力，浮起管芯，使焊料層有一定厚度。重復(fù)上述操作，焊好管芯的管子陸續(xù)從送管導(dǎo)軌送出，并慢慢冷卻。
本實(shí)用新型管芯焊接機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于采用了動態(tài)焊接方式，實(shí)現(xiàn)F型半導(dǎo)體功率器件管芯與底座之間的動態(tài)焊接，使之既能保證百分之百的焊接面，又能杜絕空洞和虛焊現(xiàn)象，并達(dá)到焊層的厚度要求，大大地提高了F型功率器件的抗熱疲勞性能，從根本上提高了功率器件的可靠性和一致性。此外，本焊接機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗很低(僅300瓦)、操作簡便、工效高的優(yōu)點(diǎn)，適合F型半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的使用。
下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述

圖1是本實(shí)用新型管芯焊接機(jī)的立體外形圖2是圖1剖開保護(hù)罩及擋板后的立體外形圖；圖3是本實(shí)用新型管芯焊接機(jī)的電路圖。
參見圖1及圖2所示，進(jìn)管導(dǎo)軌(1)是中間有一條凹槽的T型金屬板，支承座(2)用于支承固定進(jìn)管導(dǎo)軌(1)并固定于底板(16)上。恒溫加熱器(3)由發(fā)熱元件(4)、熱電偶(5)、控溫儀(6)、保溫層(7)及保護(hù)罩(12)組成。參見圖3所示，加熱器(3)的加熱及恒溫是通過熱電偶(5)、控溫儀(6)對發(fā)熱元件(4)的控制而實(shí)現(xiàn)的。發(fā)熱元件(4)的材料可以是電熱絲或硅碳棒或遠(yuǎn)紅外發(fā)熱管或烙鐵芯。發(fā)熱元件(4)置于加熱器中部，加熱器(3)上中部是一條直通凹槽，其大小與進(jìn)管導(dǎo)軌(1)、送管導(dǎo)軌(14)的凹槽相同，參見圖2所示。呈U型的保溫層(7)由耐熱保溫材料構(gòu)成，如石棉或玻璃纖維。其作用是(1)隔熱、保溫；(2)在發(fā)熱元件(4)周圍形成半封閉的小管道，加強(qiáng)氣體還原保護(hù)作用，防止底座、焊料、管芯氧化。保溫層(7)外套有一個保護(hù)罩(12)，它用鋁合金方型材做成并固定于底板(16)上。保護(hù)氣體管道(9、10、11)用于輸送氮?dú)浔Ｗo(hù)氣體，它由管道(9)、管道(10)、管道(11)及兩根管道支柱(8)構(gòu)成。管道(10)將氮?dú)浠旌媳Ｗo(hù)氣體送入加熱器(3)的保護(hù)罩(12)內(nèi)；管道(9)將氮?dú)浠旌蠚怏w直吹上管芯的部位；管道(11)將氮?dú)浠旌蠚怏w送入加熱器(3)的凹槽內(nèi)，以保護(hù)管腳，防止其氧化。管道支柱(8)用于調(diào)節(jié)、固定管道(9、10)的空間位置，兩根管道支柱(8)均固定在底板(16)上。擋板(13)位于保護(hù)罩(12)右上方及送管導(dǎo)軌(14)左部上方，呈倒L型罩住送管導(dǎo)軌(14)左部及保護(hù)罩(12)右部。保護(hù)罩(12)左側(cè)中部對應(yīng)加熱器(3)凹槽處開有一方形孔，為人工操作管芯的焊接工作提供了條件。送管導(dǎo)軌(14)是中間開一條槽的方形鋁合金條，其左端與加熱器(3)相銜接，送管導(dǎo)軌(14)通過其下部兩根支柱(15)固定在底板(16)上。擋板(13)通過一對角鐵固定在底板(16)上，它由一段L型鋁異型材、一層石棉、兩塊玻璃纖維板組成，石棉層夾在鋁型材里面與玻璃纖維板之間。其作用是(1)便于工人操作，承放管芯和支承操作者的右手；(2)隔熱、防止加熱器(3)的熱量通過保護(hù)罩(12)輻射到操作者的手上。
本機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如下電源電壓220V50HZ額定功能300W適用底座F型(銅或鐵底座)生產(chǎn)能力中值250只／小時，1人操作。
采用本機(jī)對彩電用的行輸出、電壓調(diào)整管進(jìn)行管芯焊接，其抗熱疲勞次數(shù)Ni＞5000次(△T60℃)，熱阻RT的一致性很高，保證了該管子的高可靠性和一致性，完全符合彩電認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)中大功率器件條款的要求。
權(quán)利要求1.一種功率器件管芯焊接機(jī)，其特征在于它由進(jìn)管導(dǎo)軌(1)、支承座(2)、恒溫加熱器(3)、保護(hù)氣體管道(9、10、11)、保護(hù)罩(12)、送管導(dǎo)軌(14)、擋板(13)、底板(16)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)，其特征在于進(jìn)管導(dǎo)軌(1)是中間有一條凹槽的T型金屬板，由支承座(2)支承固定，支承座(2)固定在底板(16)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)，其特征在于恒溫加熱器(3)由發(fā)熱元件(4)、熱電偶(5)、控溫儀(6)、保溫層(7)及保護(hù)罩(12)組成，發(fā)熱元件(4)置于加熱器(3)中部、加熱器(3)上中部是一條直通凹槽，其大小與進(jìn)管導(dǎo)軌(1)、送管導(dǎo)軌(14)的凹槽相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)，其特征在于保護(hù)氣體管道由管道(9)、管道(10)、管道(11)及兩根管道支柱(8)構(gòu)成，管道(9、10)由管道支柱(8)固定，兩根管道支柱(8)固定在底板(16)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)，其特征在于保護(hù)罩(12)為方型鋁合金型材，位于加熱器(3)、保溫層(7)的外部，其左側(cè)中部對應(yīng)加熱器(3)凹槽處開有一方形孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)，其特征在于送管導(dǎo)軌(14)是中間有一條槽的方型鋁合金型材，其左端與加熱器(3)相銜接，由兩根支柱(15)固定在底板(16)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)，其特征在于擋板(13)置于保護(hù)罩(12)上前方，且通過L型鋁異型材和一對角鐵固定在底板(16)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)，其特征在于發(fā)熱元件(4)的材料可以是電熱絲或硅碳棒或遠(yuǎn)紅外發(fā)熱管或烙鐵芯。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種改進(jìn)了的用于F型封裝的半導(dǎo)體功率器件管芯焊接用的管芯焊接機(jī)。它由進(jìn)管導(dǎo)軌、恒溫加熱器、保護(hù)氣體管道、保護(hù)罩、送管導(dǎo)軋、底板等組成。它采用半開敞式動態(tài)焊接方式，能杜絕空洞和虛焊現(xiàn)象，并達(dá)到焊層的厚度要求，大大地提高F型功率器件的抗熱疲勞性能，從根本上提高了功率器件的可靠性和一致性。本機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗極低、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，適合F型半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的使用。
文檔編號H01L21/58GK2064101SQ8921834
公開日1990年10月17日 申請日期1989年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月17日
發(fā)明者劉錦泰 申請人:佛山市半導(dǎo)體器件廠