專(zhuān)利名稱(chēng)：一種貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置及方法，具體涉及一種為連接芯片與銅基板或直接鍵合銅基板(DBC)的新型綠色高效納米銀焊膏提供惰性貧氧氣體氛圍的密閉加熱裝置，及貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的方法。
背景技術(shù)：
功率電子封裝領(lǐng)城中經(jīng)常需要在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行無(wú)氧、無(wú)塵操作。綠色連接材料納米銀焊膏的出現(xiàn)為連接芯片與基板提出了一種新思路。納米銀焊膏的燒結(jié)溫度為 275°C，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于銀的熔點(diǎn)960°C，故封裝領(lǐng)域?qū)⑵錈Y(jié)過(guò)程稱(chēng)為低溫?zé)Y(jié)。諸多優(yōu)勢(shì)使納米銀焊膏成為功率電子封裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并逐漸在工業(yè)界推廣。銅基板或DBC基板近些年來(lái)被廣泛應(yīng)用于功率電子器件中，但是由于金屬銅受熱極易在空氣中氧化，這嚴(yán)重影響其電、熱性能。因此，為實(shí)現(xiàn)芯片與銅基板或DBC基板的直接連接，納米銀焊膏的燒結(jié)過(guò)程需在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。目前常見(jiàn)的惰性氛圍操作箱多為有機(jī)玻璃箱體，采用有機(jī)玻璃粘合成各種形體，強(qiáng)度低、氣密性差、不耐高溫，不能滿(mǎn)足在275°C內(nèi)無(wú)氧燒結(jié)納米銀焊膏的工藝，也無(wú)法為此燒結(jié)工藝提供必需的智能加熱保溫裝置。因此需要發(fā)明新的裝置，完成納米銀焊膏的貧氧燒結(jié)，實(shí)現(xiàn)功率電子芯片與銅基板或DBC基板實(shí)現(xiàn)可靠連接。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)合理、操作性強(qiáng)的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，及一種貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，包括不銹鋼箱體(1)以及設(shè)置在箱體上 ⑴的溫度表O)、采光視鏡(3)、照明燈⑷及頂部通氣閥(5)，所述箱體⑴的前側(cè)壁面上密封連接有觀(guān)察視鏡(6)，所述箱體(1)的前側(cè)壁面下部有手套孔(7)，手套孔(7)上裝有耐高溫手套，所述箱體左側(cè)面有電源線(xiàn)撓性保護(hù)管(8)，所述電源線(xiàn)撓性保護(hù)管(8)內(nèi)通過(guò)開(kāi)關(guān)插座電源線(xiàn)，所述箱體(1)左側(cè)面有艙門(mén)(9)及通氣閥(5)，所述箱體(1)右側(cè)面有一通氣閥(5)，所述箱體(1)右側(cè)面與一不銹鋼過(guò)渡室(10)固定連接，所述過(guò)渡室(10)側(cè)面及頂部裝有通氣閥(5)，所述過(guò)渡室(10)頂面裝有一個(gè)過(guò)渡室壓力表(11)，所述過(guò)渡室設(shè)有內(nèi)門(mén)(12)和外門(mén)(13)，過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(12)位于箱體(1)與過(guò)渡室(10)之間，所述箱體 ⑴與過(guò)渡室(10)上各通氣閥通過(guò)氣體管路連通。所述箱體⑴內(nèi)有兩個(gè)智能加熱臺(tái)(14) 與開(kāi)關(guān)插座相連。所述箱體(1)前側(cè)面上部朝箱體(1)外側(cè)傾斜，與觀(guān)察者目光呈一定角度，并裝有觀(guān)察視鏡(6)，便于觀(guān)察。所述箱體⑴前側(cè)面下部手套孔(7)處裝有耐高溫手套，兩者連接處用硅膠墊密封，耐高溫手套可換。所述箱體(1)右側(cè)面與過(guò)渡室(10)焊接連接，過(guò)渡室(10)位于箱體(1)右側(cè)面中部，結(jié)構(gòu)合理。過(guò)渡室(10)的設(shè)計(jì)使用避免了取放試樣時(shí)對(duì)箱體內(nèi)惰性氣體氛圍的破壞， 大大縮短了充惰性氣體氣體所需時(shí)間，避免了氣體浪費(fèi)。所述箱體(1)左側(cè)面裝有電源撓性保護(hù)管(8)，箱體(1)內(nèi)開(kāi)關(guān)插座電源線(xiàn)通過(guò)撓性保護(hù)線(xiàn)(8)引出，撓性保護(hù)線(xiàn)(8)外端部由密封膠密封。所述箱體(1)內(nèi)有兩個(gè)智能加熱臺(tái)(14)與開(kāi)關(guān)插座相連。加熱臺(tái)(14)的智能性體現(xiàn)在，其可記憶并自動(dòng)執(zhí)行操作人員預(yù)先設(shè)定的加熱溫度、升溫速率、保溫時(shí)間等參數(shù)， 并在各保溫階段結(jié)束時(shí)報(bào)鳴提醒。此外，其可記憶保存多條燒結(jié)曲線(xiàn)，以滿(mǎn)足不同的燒結(jié)工乙需求。本發(fā)明涉及一種貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的方法，通過(guò)使用過(guò)渡室(10)和耐高溫手套將用納米銀焊膏連接的芯片與銅基板或DBC基板的連接結(jié)構(gòu)放在箱體(1)內(nèi)的智能加熱臺(tái)(14)上對(duì)納米銀焊膏進(jìn)行燒結(jié)；保證過(guò)渡室與箱體間的內(nèi)門(mén)(12)敞開(kāi)，打開(kāi)箱體及過(guò)渡室各處的通氣閥(5)，往箱體內(nèi)部充入惰性氣體；智能加熱臺(tái)開(kāi)始按照預(yù)先設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)燒結(jié)連接芯片與銅基板或DBC基板的納米銀焊膏；若試驗(yàn)過(guò)程中需要放入試樣，先將過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(1 關(guān)閉，然后關(guān)閉過(guò)渡室的過(guò)渡室頂部通氣閥(5)，打開(kāi)過(guò)渡室外門(mén)(13)， 放入試樣；然后，關(guān)閉過(guò)渡室外門(mén)(13)，打開(kāi)過(guò)渡室頂部通氣閥(5)，往過(guò)渡室內(nèi)充入保護(hù)性氣體，過(guò)渡室內(nèi)空氣由過(guò)渡室側(cè)面通氣閥( 排除；當(dāng)過(guò)渡室內(nèi)氣體氛圍與箱體內(nèi)氣體氛圍相同時(shí)，關(guān)閉過(guò)渡室側(cè)面通氣閥(5)，打開(kāi)過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(12)，試驗(yàn)人員通過(guò)耐高溫手套拿到試樣，然后按需要對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明的有益效果是由于箱體與過(guò)渡室均為不銹鋼結(jié)構(gòu)，整個(gè)產(chǎn)品外形美觀(guān)、耐腐蝕、強(qiáng)度高；箱體采用耐高溫手套，允許試驗(yàn)人員在箱體內(nèi)進(jìn)行高溫操作；箱體前側(cè)面上部裝有視鏡，向朝箱體外側(cè)突出，與試驗(yàn)者目光呈一定角度，便于觀(guān)察；箱體及過(guò)渡室頂部裝有溫度表和壓力表，可即時(shí)得知箱體內(nèi)溫度、壓力，操作性大大增強(qiáng)；箱體內(nèi)放置的智能加熱臺(tái)可設(shè)定燒結(jié)納米銀焊膏的相關(guān)參數(shù)，如加熱溫度、升溫速率、保溫時(shí)間、加熱曲線(xiàn)等， 智能控制納米銀焊膏的燒結(jié)過(guò)程，節(jié)省人力；箱體及過(guò)渡室的各通氣閥與氣體管路連通，接通惰性氣體時(shí)可保證箱體內(nèi)惰性氣體分布均勻；過(guò)渡室的設(shè)計(jì)可有效避免取放試樣時(shí)對(duì)箱體內(nèi)惰性氣體氛圍的破壞，縮短充氣時(shí)間，避免惰性氣體氣體浪費(fèi)。
圖1為發(fā)明外觀(guān)示意圖。圖2為發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。為看清貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖1中僅示意一臺(tái)智能加熱塊。圖3為該發(fā)明具體實(shí)施中采用的一種納米銀焊膏燒結(jié)曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏裝置的操作過(guò)程如下首先，在裸銅基板上涂刷一定厚度的納米銀焊膏，將芯片放在納米銀焊膏上。然后將開(kāi)關(guān)插座電源線(xiàn)與外部電源連接，此時(shí)智能加熱臺(tái)(14)為開(kāi)啟狀態(tài)，試驗(yàn)人員將手伸入耐高溫手套中，通過(guò)調(diào)節(jié)智能加熱臺(tái)(14)儀表盤(pán)設(shè)定燒結(jié)納米銀焊膏所需的加熱溫度、升溫速率、保溫時(shí)間、燒結(jié)曲線(xiàn)等各項(xiàng)參數(shù)。打開(kāi)過(guò)渡室外門(mén)(13)，將用納米銀焊膏連接的芯片與銅基板或DBC基板的連接結(jié)構(gòu)放入過(guò)渡室(10)。試驗(yàn)人員再次將手伸入耐高溫手套中，打開(kāi)過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(12)，從過(guò)渡室(10)取出芯片與銅基板或DBC基板的連接結(jié)構(gòu)，將其放在智能加熱臺(tái)(14)上。保證過(guò)渡室與箱體間的內(nèi)門(mén)(1 敞開(kāi)，打開(kāi)箱體及過(guò)渡室各處的通氣閥(5)，往箱體內(nèi)部充入惰性氣體，如氮?dú)獾?。通氣一段時(shí)間后，按智能加熱臺(tái)儀表盤(pán)上的“開(kāi)始”鍵，智能加熱臺(tái)開(kāi)始按照預(yù)先設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)燒結(jié)連接芯片與銅基板或DBC基板的納米銀焊膏。若試驗(yàn)過(guò)程中需要放入試樣，先將過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(1 關(guān)閉，然后關(guān)閉過(guò)渡室的過(guò)渡室頂部通氣閥(5)，打開(kāi)過(guò)渡室外門(mén)(13)，放入試樣。然后，關(guān)閉過(guò)渡室外門(mén)(13)，打開(kāi)過(guò)渡室頂部通氣閥(5)，往過(guò)渡室內(nèi)充入保護(hù)性氣體，過(guò)渡室內(nèi)空氣由過(guò)渡室側(cè)面通氣閥( 排除。當(dāng)過(guò)渡室內(nèi)氣體氛圍與箱體內(nèi)氣體氛圍相同時(shí)，關(guān)閉過(guò)渡室側(cè)面通氣閥(5)，打開(kāi)過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(12)，試驗(yàn)人員通過(guò)耐高溫手套拿到試樣，然后按需要對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行燒結(jié)。取出試樣的操作過(guò)程與上述類(lèi)似，此處不贅述。過(guò)渡室的設(shè)計(jì)使用避免了取放試樣時(shí)對(duì)箱體內(nèi)惰性氣體氛圍的破壞，大大縮短了充惰性氣體氣體所需時(shí)間，避免了氣體浪費(fèi)。此外，箱體內(nèi)放置兩個(gè)智能加熱臺(tái)(14)為貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏提供了多種工藝選擇。利用兩個(gè)智能加熱臺(tái)，可按不同的工藝曲線(xiàn)燒結(jié)納米銀焊膏粘結(jié)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而探索最佳燒結(jié)工藝。按照上述實(shí)施方式，采用圖3所示燒結(jié)曲線(xiàn)燒結(jié)連接3mmX3mmX 1.5mm假芯片與15mmX20mmX 1.5mm裸銅基板的納米銀焊膏，剪切試驗(yàn)結(jié)果顯示其連接強(qiáng)度可高達(dá) 37. 2MPa，完全可以滿(mǎn)足功率電子產(chǎn)品的強(qiáng)度要求。以上只是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性說(shuō)明，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式并不局限于此。任何采用本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的非實(shí)質(zhì)性修改，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是包括不銹鋼箱體(1)以及設(shè)置在箱體⑴上的溫度表O)、采光視鏡(3)、照明燈⑷及通氣閥(5)，所述箱體⑴的前側(cè)壁面上密封連接有觀(guān)察視鏡(6)，所述箱體(1)的前側(cè)壁面下部有手套孔(7)，手套孔(7)上裝有耐高溫手套，所述箱體(1)左側(cè)面有電源線(xiàn)撓性保護(hù)管(8)，所述電源線(xiàn)撓性保護(hù)管 (8)內(nèi)通過(guò)開(kāi)關(guān)插座電源線(xiàn)，所述箱體(1)左側(cè)面有艙門(mén)(9)及通氣閥(5)，所述箱體(1) 右側(cè)面有一通氣閥(5)，所述箱體(1)右側(cè)面與一不銹鋼過(guò)渡室(10)固定連接，所述過(guò)渡室 (10)側(cè)面及頂部裝有通氣閥(5)，所述過(guò)渡室(10)頂面裝有一個(gè)過(guò)渡室壓力表(11)，所述過(guò)渡室設(shè)有內(nèi)門(mén)(12)和外門(mén)(13)，過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(12)位于箱體(1)與過(guò)渡室(10)之間，所述箱體(1)與過(guò)渡室(10)上各通氣閥通過(guò)氣體管路連通。所述箱體(1)內(nèi)有兩個(gè)智能加熱臺(tái)(14)與開(kāi)關(guān)插座相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是所述箱體(1) 頂面設(shè)有溫度表O)，隨時(shí)獲取箱體(1)內(nèi)溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是所述箱體(1) 頂面裝有采光視鏡C3)及照明燈G)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是所述箱體(1) 頂面、左側(cè)面、右側(cè)面及過(guò)渡室(10)頂面和前側(cè)面均有通氣閥(5)，各通氣閥( 與氣體管路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是所述箱體(1) 前側(cè)面上部朝箱體(1)外側(cè)傾斜，與觀(guān)察者目光呈一定角度，并裝有觀(guān)察視鏡(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是所述箱體(1) 前側(cè)面下部手套孔(7)處裝有耐高溫手套，兩者連接處用硅膠墊密封，耐高溫手套可換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是箱體(1)右側(cè)面與過(guò)渡室(10)焊接連接，強(qiáng)度高，過(guò)渡室(10)位于箱體(1)右側(cè)面中部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是所述過(guò)渡室 (10)頂面裝有壓力表(11)，隨時(shí)讀取壓力值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置，其特征是所述箱體(1) 左側(cè)面裝有電源撓性保護(hù)管(8)，箱體⑴內(nèi)開(kāi)關(guān)插座電源線(xiàn)通過(guò)撓性保護(hù)線(xiàn)⑶引出，撓性保護(hù)線(xiàn)(8)外端部由密封膠密封。
10.貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的方法，其特征是通過(guò)使用過(guò)渡室(10)和耐高溫手套將用納米銀焊膏連接的芯片與銅基板或DBC基板的連接結(jié)構(gòu)放在箱體(1)內(nèi)的智能加熱臺(tái) (14)上對(duì)納米銀焊膏進(jìn)行燒結(jié)；保證過(guò)渡室與箱體間的內(nèi)門(mén)(12)敞開(kāi)，打開(kāi)箱體及過(guò)渡室各處的通氣閥(5)，往箱體內(nèi)部充入惰性氣體；智能加熱臺(tái)開(kāi)始按照預(yù)先設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)燒結(jié)連接芯片與銅基板或DBC基板的納米銀焊膏；若試驗(yàn)過(guò)程中需要放入試樣，先將過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(1 關(guān)閉，然后關(guān)閉過(guò)渡室的過(guò)渡室頂部通氣閥(5)，打開(kāi)過(guò)渡室外門(mén)(13)，放入試樣；然后，關(guān)閉過(guò)渡室外門(mén)(13)，打開(kāi)過(guò)渡室頂部通氣閥(5)，往過(guò)渡室內(nèi)充入保護(hù)性氣體， 過(guò)渡室內(nèi)空氣由過(guò)渡室側(cè)面通氣閥( 排除；當(dāng)過(guò)渡室內(nèi)氣體氛圍與箱體內(nèi)氣體氛圍相同時(shí)，關(guān)閉過(guò)渡室側(cè)面通氣閥(5)，打開(kāi)過(guò)渡室內(nèi)門(mén)(12)，試驗(yàn)人員通過(guò)耐高溫手套拿到試樣，然后按需要對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種貧氧低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏的裝置及方法，包括不銹鋼箱體以及設(shè)置在箱體上的溫度表、采光視鏡、照明燈及通氣閥，箱體的前側(cè)壁面上密封連接有觀(guān)察視鏡，箱體的前側(cè)壁面下部有手套孔，手套孔上裝有耐高溫手套，箱體左側(cè)面有電源線(xiàn)撓性保護(hù)管，電源線(xiàn)撓性保護(hù)管內(nèi)通過(guò)開(kāi)關(guān)插座電源線(xiàn)，箱體左側(cè)面有艙門(mén)及通氣閥，箱體右側(cè)面有一通氣閥，箱體右側(cè)面與一不銹鋼過(guò)渡室固定連接，過(guò)渡室側(cè)面及頂部裝有通氣閥，過(guò)渡室頂面裝有一個(gè)過(guò)渡室壓力表，過(guò)渡室設(shè)有內(nèi)門(mén)和外門(mén)，過(guò)渡室內(nèi)門(mén)位于箱體與過(guò)渡室之間，箱體與過(guò)渡室上各通氣閥通過(guò)氣體管路連通。箱體內(nèi)有兩個(gè)智能加熱臺(tái)與開(kāi)關(guān)插座相連。本裝置結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)度高，可承受較高的操作溫度。
文檔編號(hào)H01L21/60GK102569110SQ20121004649
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者梅云輝, 趙姿貞, 陸國(guó)權(quán), 陳旭 申請(qǐng)人:天津大學(xué)