CN103433611A - 半导体器件封装用真空储能焊封装装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件封装用真空储能焊封装装置，所述真空储能焊封装装置由上电极、下电极、上磁铁、下磁铁、上电极支座、上外罩、下外罩、法兰波纹管、排气口和管座支座组成；各个部件组合在一起，形成一内含焊接装置的、小体积的密闭空间；本发明的有益技术效果是：可在常温、开放式环境中对器件进行真空储能焊接封装，用于提供真空环境的腔体体积较小，抽真空时能量消耗低、效率高。

Description

半导体器件封装用真空储能焊封装装置

技术领域

    本发明涉及一种焊接设备，尤其涉及一种半导体器件封装用真空储能焊封装装置。

背景技术

封装工艺是半导体器件生产中的重要工艺，它对半导体器件的性能起着举足轻重的作用；在用于半导体器件的密封性封装工艺中，真空封装是公认的技术难点，由于半导体器件自身的一些特性，使得半导体器件的真空封装难以借鉴其他领域的真空封装技术。

现有技术中，在对半导体器件进行真空封装时，普遍作法是：焊接设备需配置一密闭的真空操作箱，让整个封装过程在真空操作箱中进行；这种真空封装方式需要大型的抽真空设备来保证密闭空间内的真空度，而且对于体积较大的空间，在抽真空时还要采用温控设备来调节温度，以辅助抽真空操作，并且每次抽真空时十分费时，导致生产成本较高，且此种真空储能焊设备价格昂贵。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种半导体器件封装用真空储能焊封装装置，所涉及的半导体器件包括管帽和管座，管帽和管座之间采用储能焊接封装，其创新在于：所述真空储能焊封装装置由上电极、下电极、上磁铁、下磁铁、上电极支座、上外罩、下外罩、法兰波纹管、排气口和管座支座组成；上外罩上端面设置有导向通孔，上电极支座上部套接在导向通孔内；上电极支座能沿上外罩轴向滑动；法兰波纹管设置于上外罩和上电极支座之间，法兰波纹管上端与上电极支座中部密封连接，法兰波纹管上端位于导向通孔下侧，上电极支座下部位于法兰波纹管内；法兰波纹管下端与上外罩下端面密封连接；上电极固定在上电极支座下端面上；下外罩下端面设置有电极安装孔，下电极中部置于电极安装孔内，电极安装孔上方的下电极外壁上套接有绝缘螺母，绝缘螺母将下外罩和下电极锁死（本领域技术人员应该明白，为了实现真空，下外罩和下电极之间还设置有用于密封的密封圈）；上外罩和下外罩同轴设置；排气口设置于下外罩侧壁上；所述上电极下端形成焊接工作面一，焊接工作面一为环形结构，上磁铁设置于环形结构内；下电极为中空圆柱结构，中空圆柱结构上端形成焊接工作面二，管座支座固定在下电极内，下磁铁设置于管座支座上端；下外罩上端面设置有密封圈；焊接时，管帽和管座的焊接处位于焊接工作面二和焊接工作面一之间。

前述装置的工作原理是：排气口与抽真空设备连接；焊接之前，上外罩和下外罩之间处于分离状态，同时，法兰波纹管处于自由状态，此时，上电极支座在法兰波纹管的支撑作用下处于向上的最大行程位置处。装件时，将管帽移近上电极下方，上磁铁就将管帽吸附定位于上电极的内孔中，将管座移至下电极上方，此时管座就被下磁铁吸附固定住（如果管座还带有管脚，则应在管座固定座和下电极之间设置间隙，用于容纳管脚）；装件完成后，让上外罩和下外罩闭合，此时，法兰波纹管内部和下罩体所围成的空间就形成了一密闭腔体，然后启动抽真空设备将密闭腔体内的气体从排气口抽出，随着气体的抽出，密闭腔体内的气压逐渐下降，法兰波纹管在大气压力的作用下被压缩，上电极支座也随着法兰波纹管的压缩向下运动（在运动过程中，导向通孔对上电极支座起到导向作用）；抽真空操作完成后，管帽和管座在上、下电极的挤压下互相贴合，此时，启动储能焊设备的焊接操作，对管帽和管座进行焊接。焊接操作完成后，通过排气口对装置放气，打开上外罩后即可取出焊接好的器件。

前述装置的好处是：抽真空的根本目的是为了保证封装器件内部处于真空状态，也即让管帽和管座之间的空间保持真空，而如果在抽真空操作之前，预先让管帽和管座之间贴合，就很难保证封装器件内部的真空度（因为管帽和管座一般都设置有用于配合导向的台阶结构，台阶结构如果配合得较严实就会使内部气体被密闭在管帽和管座内，即使能够将封装壳体内部抽真空，也必然费时费力），这也是为什么现有技术中要为焊接设备专门配置一真空操作箱的原因；采用本发明方案后，在抽真空操作过程中，管帽与管座之间的距离随着上电极支座的运动逐步缩短，当真空度达到一定程度时，管帽和管座才相互接触，有效的保证了封装器件内部真空度与外环境一致，密闭腔体的体积很小，抽真空效率很高；上磁铁和下磁铁采用一般的磁铁即可。采用本发明的方案后，无需将真空储能焊封装装置整体置于真空环境中，真空储能焊封装装置可以在常温、开放式环境中工作，真空储能焊封装装置本身可以提供一体积很小的密闭腔体，从而减少抽真空时的能量消耗，并且可以使抽真空操作高效完成，既节省了能量又保证了加工效率。

为了避免因上磁铁和下磁铁的相互吸引而导致管帽和管座提前贴合，本发明还作了如下改进：上磁铁和下磁铁同极相对；上磁铁和下磁铁同极相对后，在上、下磁铁的斥力作用下，可以对上电极的运动造成一定的阻力，以延缓管帽和管座之间的接触，利于排气。

为了进一步提高封装壳体内的真空度，本发明还作了如下改进：所述上电极支座上部设置有外螺纹，外螺纹处套接有定位螺母，定位螺母位于导向通孔外侧，定位螺母外径大于导向通孔内径。采用定位螺母后，装置的工作过程与前述过程稍有不同，其不同在于：在抽真空操作之前，用定位螺母将上电极支座的位置锁死，使上电极支座不会随着气压变化而向下运动（根本目的是为了保证管帽和管座保持分离状态），当抽真空操作完成后，松开定位螺母，法兰波纹管才带动上电极支座向下电极运动，此时管帽和管座才贴合，可最大限度地保证管帽和管座之间的真空度。

为了便于取出封装好的器件，本发明还作了如下改进：所述上磁铁的吸力大于下磁铁。采用此改进后，焊接好的器件就可以在上磁铁的吸力作用下被整个提起，便于取出。

为了便于器件的取放，以及避免封装器件受装置的刚性挤压而变形，本发明还作了如下改进：所述上电极支座内设置有弹顶器，所述弹顶器包括：上电极支座下端面设置有盲孔，上电极中部设置有轴向通孔，轴向通孔和盲孔连通，轴向通孔内壁上设置有限位环，弹顶器中部外壁上设置有与限位环匹配的限位凸起，通过限位环对限位凸起的卡挡作用，上电极将弹顶器卡在盲孔内；弹顶器能沿盲孔轴向滑动，一弹簧套接在弹顶器外，弹簧上端与盲孔内的弹簧支撑面接触，弹簧下端与限位凸起上端面接触；弹簧处于预压缩状态；上磁铁设置于弹顶器的下端。在抽真空操作过程中，弹顶器能为上磁铁的移动提供一定的弹性余量，避免管帽上端被挤压变形，而且与前述的上、下磁铁同极相对方案结合后，弹顶器还能在上、下磁铁的斥力作用下，进一步延缓管帽和管座的接触，保证抽真空的效果；焊接好后，弹顶器又能让焊接好的器件从上电极下方露出，便于取出。

为了保证上电极和下电极的对中性，本发明还作了如下改进：下电极中部设置有台阶面，台阶面上方的下电极外圆柱面套接有导向筒。

为了避免上下电极短路，优选地，所述电极安装孔内设置有绝缘套。

本发明的有益技术效果是：可在常温、开放式环境中对器件进行真空储能焊接封装，用于提供真空环境的腔体体积较小，抽真空时能量消耗低、效率高。

附图说明

图1、上罩体和下罩体处于分离状态时的装置结构示意图；

图2、上罩体和下罩体处于闭合状态时的装置结构示意图（图中4个黑色圆圈为用于气密的密封环）；

图中各个标记所示部件分别为：定位螺母1、上外罩2、下外罩3、管座支座4、法兰波纹管5、上电极支座6、上电极7、下电极8、弹顶器9、排气口10、弹簧11、导向筒12、上磁铁14、下磁铁15、绝缘套16、绝缘螺母17、密封圈18、管帽A、管座B。

具体实施方式

一种半导体器件封装用真空储能焊封装装置，所涉及的半导体器件包括管帽A和管座B，管帽A和管座B之间采用储能焊接封装，其创新之处在于：所述真空储能焊封装装置由上电极7、下电极8、上磁铁14、下磁铁15、上电极支座6、上外罩2、下外罩3、法兰波纹管5、排气口10和管座支座4组成；上外罩2上端面设置有导向通孔，上电极支座6上部套接在导向通孔内；上电极支座6能沿上外罩2轴向滑动；法兰波纹管5设置于上外罩2和上电极支座6之间，法兰波纹管5上端与上电极支座6中部密封连接，法兰波纹管5上端位于导向通孔下侧，上电极支座6下部位于法兰波纹管5内；法兰波纹管5下端与上外罩2下端面密封连接；上电极7固定在上电极支座6下端面上；下外罩3下端面设置有电极安装孔，下电极8中部置于电极安装孔内，电极安装孔上方的下电极8外壁上套接有绝缘螺母，绝缘螺母将下外罩3和下电极8锁死；上外罩2和下外罩3同轴设置；排气口10设置于下外罩3侧壁上；所述上电极7下端形成焊接工作面一，焊接工作面一为环形结构，上磁铁14设置于环形结构内；下电极8为中空圆柱结构，中空圆柱结构上端形成焊接工作面二，管座支座4固定在下电极8内，下磁铁15设置于管座支座4上端；上磁铁14和下磁铁15同极相对；下外罩3上端面设置有密封圈；焊接时，管帽A和管座B的焊接处位于焊接工作面二和焊接工作面一之间。

进一步地，所述上电极支座6上部设置有外螺纹，外螺纹处套接有定位螺母1，定位螺母1位于导向通孔外侧，定位螺母1外径大于导向通孔内径。

进一步地，所述上磁铁14的吸力大于下磁铁15。

进一步地，所述上电极支座6内设置有弹顶器9，所述弹顶器9包括：上电极支座6下端面设置有盲孔，上电极7中部设置有轴向通孔，轴向通孔和盲孔连通，轴向通孔内壁上设置有限位环，弹顶器9中部外壁上设置有与限位环匹配的限位凸起，通过限位环对限位凸起的卡挡作用，上电极7将弹顶器9卡在盲孔内；弹顶器9能沿盲孔轴向滑动，一弹簧11套接在弹顶器9外，弹簧11上端与盲孔内的弹簧支撑面接触，弹簧11下端与限位凸起上端面接触；弹簧11处于预压缩状态；上磁铁14设置于弹顶器9的下端。

进一步地，下电极8中部设置有台阶面，台阶面上方的下电极8外圆柱面套接有导向筒12。

进一步地，所述电极安装孔内设置有绝缘套16。

Claims (7)

1.一种半导体器件封装用真空储能焊封装装置，所涉及的半导体器件包括管帽（A）和管座（B），管帽（A）和管座（B）之间采用储能焊接封装，其特征在于：所述真空储能焊封装装置由上电极（7）、下电极（8）、上磁铁（14）、下磁铁（15）、上电极支座（6）、上外罩（2）、下外罩（3）、法兰波纹管（5）、排气口（10）和管座支座（4）组成；

上外罩（2）上端面设置有导向通孔，上电极支座（6）上部套接在导向通孔内；上电极支座（6）能沿上外罩（2）轴向滑动；

法兰波纹管（5）设置于上外罩（2）和上电极支座（6）之间，法兰波纹管（5）上端与上电极支座（6）中部密封连接，法兰波纹管（5）上端位于导向通孔下侧，上电极支座（6）下部位于法兰波纹管（5）内；法兰波纹管（5）下端与上外罩（2）下端面密封连接；上电极（7）固定在上电极支座（6）下端面上；

下外罩（3）下端面设置有电极安装孔，下电极（8）中部置于电极安装孔内，电极安装孔上方的下电极（8）外壁上套接有绝缘螺母，绝缘螺母将下外罩（3）和下电极（8）锁死；上外罩（2）和下外罩（3）同轴设置；排气口（10）设置于下外罩（3）侧壁上；

所述上电极（7）下端形成焊接工作面一，焊接工作面一为环形结构，上磁铁（14）设置于环形结构内；下电极（8）为中空圆柱结构，中空圆柱结构上端形成焊接工作面二，管座支座（4）固定在下电极（8）内，下磁铁（15）设置于管座支座（4）上端；

下外罩（3）上端面设置有密封圈；

焊接时，管帽（A）和管座（B）的焊接处位于焊接工作面二和焊接工作面一之间。

2.根据权利要求1所述的半导体器件封装用真空储能焊封装装置，其特征在于：上磁铁（14）和下磁铁（15）同极相对。

3.根据权利要求1所述的半导体器件封装用真空储能焊封装装置，其特征在于：所述上电极支座（6）上部设置有外螺纹，外螺纹处套接有定位螺母（1），定位螺母（1）位于导向通孔外侧，定位螺母（1）外径大于导向通孔内径。

4.根据权利要求1所述的半导体器件封装用真空储能焊封装装置，其特征在于：所述上磁铁（14）的吸力大于下磁铁（15）。

5.根据权利要求4所述的半导体器件封装用真空储能焊封装装置，其特征在于：所述上电极支座（6）内设置有弹顶器（9），所述弹顶器（9）包括：上电极支座（6）下端面设置有盲孔，上电极（7）中部设置有轴向通孔，轴向通孔和盲孔连通，轴向通孔内壁上设置有限位环，弹顶器（9）中部外壁上设置有与限位环匹配的限位凸起，通过限位环对限位凸起的卡挡作用，上电极（7）将弹顶器（9）卡在盲孔内；弹顶器（9）能沿盲孔轴向滑动，一弹簧（11）套接在弹顶器（9）外，弹簧（11）上端与盲孔内的弹簧支撑面接触，弹簧（11）下端与限位凸起上端面接触；弹簧（11）处于预压缩状态；上磁铁（14）设置于弹顶器（9）的下端。

6.根据权利要求1所述的半导体器件封装用真空储能焊封装装置，其特征在于：下电极（8）中部设置有台阶面，台阶面上方的下电极（8）外圆柱面套接有导向筒（12）。

7.根据权利要求1所述的半导体器件封装用真空储能焊封装装置，其特征在于：所述电极安装孔内设置有绝缘套（16）。

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