CN220511347U - 电磁焊接电路板装置 - Google Patents

Abstract

电磁焊接电路板装置包括：控制模块、电磁加热模块；电磁加热模块包括：电磁线圈驱动单元、电磁感应线圈、温度采集单元、红外测温探头；红外测温探头通过红外感应获得被焊接电路板的温度信息，控制模块通过温度采集单元获得所述温度信息；控制模块通过控制电磁线圈驱动单元控制电磁感应线圈的工作输出功率；控制模块根据所述温度信息与电路板焊接所需目标温度，控制电磁感应线圈的工作输出功率。能量直接从电磁场转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接。减少了因为需要加热治具、元件基板的能量消耗，能量利用效率更高。

Description

电磁焊接电路板装置

技术领域

本申请涉及电子元件焊接或封装装置和方法技术领域，具体涉及一种以电磁加热方式传递焊接热量的电磁焊接电路板装置。

背景技术

随着半导体技术的应用日益广泛，半导体封装工艺也日趋面临多样化、个性化的要求。与传统的电子封装SMT不同，半导体封装焊点向微小化焊点和大功率元件的大焊点化发展。

由于微小化焊点的需要，元件支架或者基板必须置于相应的工艺支架，即治具上才能保证元件焊后的平整性，而元件上焊点又较小，达到几十个微米级别如minLED、显示单元，这就是说，在使用传统的SMT回流炉时，要使几十微米的焊点达到焊料熔点，就需将元件和工艺承载治具全都加热到焊料熔点温度，回流时间长，热量要经过治具→元件基板→焊盘→元件电极，使所有热量传递线路上的物料全部达到焊料熔点，这样需要大量的热量。同样，对于大功率半导体元件，如IGBT现有的回流焊多采用共晶炉和隧道或回流炉，元件放置在比其自身大很多倍的金属治具中，也需要较大的电功率和时间才能使焊点达到所需的焊料熔点，完成焊接。这是目前半导体封装工艺和设备中面临着能耗高、效率低、良率低的弱点。

焊接装置通常都是高能耗的生产装置，迫切需要进行改善，降低设备能耗，提供更低能耗的电路焊接装置。

本申请中的气体包括氮气、惰性气体或其他现有技术中用于焊接保护的专用气体。

发明内容

本申请的技术方案克服了现有技术中传统焊接技术中，需要将治具、元件基板、焊盘、焊料和元件电极都加热到焊接温度能耗高的不足之处，提出了一种能量利用效率更高更节能的焊接装置，以电磁加热方式传递焊接热量，只将焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极加热到目标焊接温度就能实现焊接，且还能降低基板在焊接过程中承受的温度，从而降低因焊接受热导致变形等不良影响。

解决上述技术问题的技术方案是一种电磁焊接电路板装置，包括：控制模块、电磁加热模块；电磁加热模块包括：电磁线圈驱动单元、电磁感应线圈、温度采集单元、红外测温探头；控制模块与温度采集单元电信号连接，红外测温探头与温度采集单元电信号连接，红外测温探头通过红外感应获得被焊接电路板的温度信息，控制模块通过温度采集单元获得所述温度信息；控制模块与电磁线圈驱动单元电信号连接，电磁线圈驱动单元与电磁感应线圈电连接；控制模块通过控制电磁线圈驱动单元控制电磁感应线圈的工作输出功率；控制模块根据所述温度信息与电路板焊接所需目标温度，控制电磁感应线圈的工作输出功率。

电磁焊接电路板装置，还包括电路板承载装置，所述电路板承载装置由金属材料构成，所述红外测温探头采集电路板承载装置的温度信息。

所述电磁感应线圈位于所述电路板承载装置的下方。

所述电磁感应线圈缠绕形成环形中空结构，所述电路板承载装置与被焊接电路板设置在电磁感应线圈的环形中空部内。

所述电磁感应线圈缠绕在电磁线圈内框的外壁上，电磁线圈内框中空。

所述的电磁焊接电路板装置，还包括运动模块，运动模块包括运动驱动单元、转动电机、传输带；转动电机带动传输带上的电路板承载装置移动，运动驱动单元与转动电机电连接，控制模块与运动驱动单元电连接。

所述的电磁焊接电路板装置，包括两个或两个以上的电磁加热模块，所述电磁加热模块依次排列。

所述电磁加热模块工作在不同温度。

所述的电磁焊接电路板装置，还包括运动模块，运动模块包括运动驱动单元、转动电机、传输带；转动电机带动传输带上的电路板承载装置移动，运动驱动单元与转动电机电连接，控制模块与运动驱动单元电连接；所述电磁感应线圈缠绕形成环形中空结构，所述传输带穿越环形中空结构，使设置在传输带上的电路板承载装置与被焊接电路板在电磁感应线圈的环形中空部内移动完成电磁焊接。

所述电磁感应线圈的长度与所需加热工作时间对应，需要加热时间长的电磁感应线圈长度更长。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：以电磁加热方式传递焊接热量，实现能量传输路径的优化，能量直接从电磁场转移到焊接的关键要素即焊盘和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接。避免了传统焊接技术中，热能依次从治具、元件基板、焊盘、元件电极这样的传递路径。减少了因为先要加热治具、元件基板的能量消耗，能量利用效率更高。且焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极都是金属材料，对电磁场的能量敏感度高，能量通过电磁场直接到达目标焊接位置。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：能量直接从电磁场转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接；通过控制电磁场的强度，就能更精确地控制焊盘和元件电极的焊接温度；因为能量传输路径更直接，因此温度控制过程也更直接，能更精准控制，改善了传统焊接设备中层层传导导致温度控制难以精准的问题。因此焊接的温度可控性更高，控制的准确性也更高。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：通过电磁感应线圈能精准地将能量送至待焊接电路板的位置，使热量传递的路径更短效率更高。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：在另一些实施例中，还可以通过金属治具获得能量，通过金属治具，将焊接能量传递至焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，即使增加了中间的过程部件，也只是涉及金属治具部分，并不需要将治具所在整个空间进行加热和温控。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：在同一装置中可以有多个电磁加热模块，适应焊接过程中的不同阶段的温度加热需求。不同的电磁加热模块可以设置不同的电磁感应线圈。使得电磁加热模块可以适应不同的待焊接电路板焊接中的焊接热量需求。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：红外测温探头在多处设置，可以精准控制整个过程中的气体温度，让温度状态监控更完备，从而使焊接过程中的能量传递过程也能得到很好的监控。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：运动模块带动待焊接电路板的移动和不同的电磁加热模块对应，使得焊接过程能顺利完成温度的上升和下降过程，基于电磁加热模块的温度控制过程变化更容易控制，更柔和，温度稳定性和一致性好。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：通过电磁感应线圈的长度的设置和待焊接电路板的运动速度匹配，可以控制加热时长，是一种更灵活便捷的能量控制方式，使热量传递的效率进一步提升，焊接的品质更容易控制。

附图说明

图1是电磁焊接电路板装置的实施例的示意框图之一；

图2是电磁焊接电路板装置的实施例的示意框图之二；

图3是电磁焊接电路板装置的实施例的示意框图之三；

图4是电磁焊接电路板装置的实施例的示意框图之四；

图5是电磁焊接电路板装置的实施例的示意框图之五；

图6是电磁焊接电路板装置的实施例的示意图之一；

图7是电磁焊接电路板装置实施例中电磁感应线圈和待焊接电路板的示意图之一；

图8是电磁焊接电路板装置实施例中电磁感应线圈和待焊接电路板的示意图之二；

图9是电磁焊接电路板装置的实施例的示意图之二；

图10是电磁焊接电路板装置的实施例的示意图之三；

图11是电磁焊接电路板装置的实施例的示意图之四。

具体实施方式

以下结合各附图对本申请内容做进一步详述。

需要说明的是，以下是本申请较佳实施例的说明，并不对本申请构成任何限制。本申请较佳实施例的说明只是作为本申请一般原理的说明。本申请中所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗所示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”“第二”，以及以***数字1、2、3等数字编号的技术特征，以及“A”“B”这样的编号，仅用于描述目的，只是为了说明的方便，并不代表时间或空间上的顺序关系；不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”，以及以***数字1、2、3等数字编号的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1至图5所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，包括控制模块和电磁加热模块；电磁加热模块包括：电磁线圈驱动单元、电磁感应线圈、温度采集单元、红外测温探头；控制模块与温度采集单元电信号连接，红外测温探头与温度采集单元电信号连接，红外测温探头通过红外感应获得被焊接电路板的温度信息，控制模块通过温度采集单元获得所述温度信息；控制模块与电磁线圈驱动单元电信号连接，电磁线圈驱动单元与电磁感应线圈电连接；控制模块通过控制电磁线圈驱动单元控制电磁感应线圈的工作输出功率；控制模块根据所述温度信息与电路板焊接所需目标温度，控制电磁感应线圈的工作输出功率。

以电磁加热方式传递焊接热量，实现能量传输路径的优化，能量直接从电磁场转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接。避免了传统焊接技术中，热能依次从治具、元件基板、焊盘、元件电极这样的传递路径。减少了因为需要加热治具、元件基板的能量消耗，能量利用效率更高。且焊接的关键要素即焊盘和元件电极都是金属材料，对电磁场的能量敏感度高，能量通过电磁场直接到达目标焊接位置。通过红外测温探头探测电路板的温度信息，可以精确地控制电磁感应线圈的输出能量，准确地控制电路板升温到设定的焊接温度，使得电磁焊接技术能够应用到电路板焊接领域。因为无需加热治具、元件基板到焊接温度，对加热治具、元件基板的耐热性能要求也大大降低，降低了加热治具、元件基板引发的变形翘曲等各种问题发生的概率。能量直接从电磁场转移到焊接的关键要素即焊盘和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接；通过控制电磁场的强度，就能更精确地控制焊盘和元件电极的焊接温度；因为能量传输路径更直接，因此温度控制过程也更直接，能更精准控制，改善了传统焊接设备中层层传导导致温度控制难以精准的问题。因此焊接的温度可控性更高，控制的准确性也更高。通过电磁感应线圈能精准地将能量送至待焊接电路板的位置，使热量传递的路径更短，效率更高。

如图1至图5所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，还包括电路板承载装置即图中的金属治具，所述电路板承载装置由金属材料构成，所述红外测温探头采集电路板承载装置的温度信息。电路板承载装置即金属治具为金属材料，容易被电磁加热升温，通过电路板承载装置将温度传导到被焊接的电路板，可以稳定的提升电路板的整体温度，电路板中的金属部件体积小，不容易升温，通过电路板承载装置感应电磁波，提升温度，能够很好的对电路板整体进行焊接。通过红外测温探头探测电路板承载装置的温度信息，可以精确地控制电磁感应线圈的输出能量，准确地控制电路板承载装置升温到设定的焊接温度，通过可以检测控制电路板焊接时长。通过金属治具，将焊接能量传递至焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，即使增加了中间的过程部件，也只是涉及金属治具部分，并不需要将治具所在整个空间进行加热和温控。

如图11所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，所述电磁感应线圈位于所述电路板承载装置的下方。电磁感应线圈位于所述电路板承载装置的下方方便操控，同时便于测量温度。

如图6至图10所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，所述电磁感应线圈缠绕形成环形中空结构，所述电路板承载装置与被焊接电路板设置在电磁感应线圈的环形中空部内。电磁感应线圈包围电路板承载装置与被焊接电路板，使得加热均匀，便于保温。

如图6至图7，以及图9至图10所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，所述电磁感应线圈缠绕在电磁线圈内框的外壁上，电磁线圈内框中空。

如图6，以及图9至图11所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，还包括运动模块，运动模块包括运动驱动单元、转动电机、传输带；转动电机带动传输带上的电路板承载装置移动，运动驱动单元与转动电机电连接，控制模块与运动驱动单元电连接。运动模块，能够带动电路板承载装置移动，电路板承载装置带动被焊接电路板，形成移动地加工流水线，能够形成持续地加工生产能力。运动模块带动待焊接电路板的移动和不同的电磁加热模块对应，使得焊接过程能顺利完成温度的上升和下降过程，基于电磁加热模块的温度控制过程变化更容易控制，更柔和，温度稳定性和一致性好。

如图9至图11所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，包括两个或两个以上的电磁加热模块，所述电磁加热模块依次排列。多个电磁加热模块排列在传输带的不同位置，可以提高生产加工的能力。所述电磁加热模块工作在不同温度。电路板焊接，有不同的时间端需要不同的温度要求，一般包括预热温度时间区域，焊接时间区域，保持时间区域，不同的电磁加热模块可以根据不同的要求进行设定温度。在同一装置中可以有多个电磁加热模块，适应焊接过程中的不同阶段的温度加热需求。不同的电磁加热模块可以设置不同的电磁感应线圈。使得电磁加热模块可以适应不同的待焊接电路板焊接中的焊接热量需求。红外测温探头在多处设置，可以精准控制整个过程中的气体温度，让温度状态监控更完备，从而使焊接过程中的能量传递过程也能得到很好的监控。

如图6，图9至图10所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，还包括运动模块，运动模块包括运动驱动单元、转动电机、传输带；转动电机带动传输带上的电路板承载装置移动，运动驱动单元与转动电机电连接，控制模块与运动驱动单元电连接；所述电磁感应线圈缠绕形成环形中空结构，所述传输带穿越环形中空结构，使设置在传输带上的电路板承载装置与被焊接电路板在电磁感应线圈的环形中空部内移动完成电磁焊接。电磁感应线圈包围电路板承载装置与被焊接电路板，使得加热均匀，便于保温。

如图6，以及图9至图11所示，一种电磁焊接电路板装置的实施例中，所述电磁感应线圈的长度与所需加热工作时间对应，需要加热时间长的电磁感应线圈长度更长。通过电磁感应线圈的长度的设置和待焊接电路板的运动速度匹配，可以控制加热时长，是一种更灵活便捷的能量控制方式，使热量传递的效率进一步提升，焊接的品质更容易控制。

图6中，整个电磁焊接电路板装置中设置一个长长的电磁感应线圈。

图9至图11中，每个电磁焊接电路板装置中分别设置有多个电磁感应线圈。各个电磁感应线圈的长度可以设置不同。

在一些附图中没有展示的实施例中，电磁感应线圈使用中高频电磁电源驱动，设置在元件治具下方的中高频线圈，或者元件治具通过中高频线圈在电磁场能量的作用下，使元件治具产生热能，从而实现加热元器件基板和基板上的焊盘、元器件电极引脚，实现焊接的设备。

在一些附图中没有展示的实施例中，中高频电磁焊的电磁频率在300Hz—30MHz之间。其元件的治具为铁、镍等磁性物质。还可以是不锈钢、不锈铁、铁镍合金。电磁感应线圈可以位于元件治具的输送带下面，或者使治具传送带穿过磁感应线圈。元件治具的传送带可以是铁质、铝质和耐热的氟橡胶硅橡胶材质制成。传送带侧面或者上方设置有红外传感器，可以测量治具的温度和元件表面温度。其电礠感应线圈可以是由多段组成。由一个或者多个中高频电磁电源驱动，调节各个电磁电源的功率大小，可以使电磁感应线圈发出不同的电磁能量，从而使被感应的元件治具获得不同的电磁感应能量。实现不同的温升和温升速度，实现对元件分段加热的目标。

在一些附图中没有展示的实施例中，还包括一个由PLC组成的控制***，根据元件的加热焊接工艺要求和实现治具温度，实现对中高频电源功率传送带速度的自动控制。

本实用新型提供了一种新的半导体封装加热方式，使用中高频电磁能代替了传统共晶炉、热风隧道炉的热源。用不同功率的中高频电磁电源驱动不同的电磁感应线圈，组成分段加热磁场。当载有半导体元件芯片和基板的金属治具在这些磁场中通过时，电磁能迅速地在金属治具上转接成热能线圈并使治具升温，其热量传递路线是：电源→电磁能→治具热能→基板焊盘升温→元件引脚升温至焊料熔点。可以加快热量传递速度，减少焊接工艺时间和氮气消耗与电耗，实现高效率良好地焊接。

上述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁焊接电路板装置，其特征在于，

包括：控制模块、电磁加热模块；

电磁加热模块包括：电磁线圈驱动单元、电磁感应线圈、温度采集单元、红外测温探头；

控制模块与温度采集单元电信号连接，红外测温探头与温度采集单元电信号连接，红外测温探头通过红外感应获得被焊接电路板的温度信息，控制模块通过温度采集单元获得所述温度信息；

控制模块与电磁线圈驱动单元电信号连接，电磁线圈驱动单元与电磁感应线圈电连接；控制模块通过控制电磁线圈驱动单元控制电磁感应线圈的工作输出功率；

控制模块根据所述温度信息与电路板焊接所需目标温度，控制电磁感应线圈的工作输出功率。

2.根据权利要求1所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

还包括电路板承载装置，所述电路板承载装置由金属材料构成，所述红外测温探头采集电路板承载装置的温度信息。

3.根据权利要求2所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

所述电磁感应线圈位于所述电路板承载装置的下方。

4.根据权利要求2所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

所述电磁感应线圈缠绕形成环形中空结构，所述电路板承载装置与被焊接电路板设置在电磁感应线圈的环形中空部内。

5.根据权利要求4所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

所述电磁感应线圈缠绕在电磁线圈内框的外壁上，电磁线圈内框中空。

6.根据权利要求2所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

还包括运动模块，运动模块包括运动驱动单元、转动电机、传输带；转动电机带动传输带上的电路板承载装置移动，运动驱动单元与转动电机电连接，控制模块与运动驱动单元电连接。

7.根据权利要求1所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

包括两个或两个以上的电磁加热模块，所述电磁加热模块依次排列。

8.根据权利要求1所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

所述电磁加热模块工作在不同温度。

9.根据权利要求2所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

还包括运动模块，运动模块包括运动驱动单元、转动电机、传输带；转动电机带动传输带上的电路板承载装置移动，运动驱动单元与转动电机电连接，控制模块与运动驱动单元电连接；

所述电磁感应线圈缠绕形成环形中空结构，所述传输带穿越环形中空结构，使设置在传输带上的电路板承载装置与被焊接电路板在电磁感应线圈的环形中空部内移动完成电磁焊接。

10.根据权利要求1所述的电磁焊接电路板装置，其特征在于，

所述电磁感应线圈的长度与所需加热工作时间对应，需要加热时间长的电磁感应线圈长度更长。