一种真空可控气氛共晶炉的制作方法
发布时间：2024-02-02 作者: 产品中心
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1.本实用新型涉及半导体芯片焊接技术领域，尤其是一种真空可控气氛共晶炉。
2.微电子封装包括多个工艺步骤，其中，元器件芯片与基板粘接，基板与管壳粘接，管壳封冒是最关键的工艺步骤。传统的工艺方法是使用导电胶粘接，粘接后电阻率大，导热系数小，造成微波损耗大，管芯、基板热阻大，结温高，功率输出受限，造成电路组件性能指标和可靠性下降。
3.目前，共晶焊在微电子封装中涉及面最广，在电力设备、汽车产品、列车控制、航天、航空系统、高端显示等领域存在广泛应用。常用的共晶焊设备有手动镊子共晶机、半自动吸头式共晶机、全自动共晶机、红外回流焊炉等，不同设备各有其优缺点，分别适用于不同应用环境。
4.这些设备的工作环境均是在空气中进行，用这些设备共晶时易产生共晶空洞，容易使得芯片焊接面被氧化，进而电路性能可靠性指标降低，同时也严重影响芯片的寿命和性能。
5.现有真空共晶炉可满足常规状态下的芯片焊接需要，但随着芯片尺寸缩小、焊点增多，以及受使用环境和使用状态的影响，对芯片焊接质量的要求慢慢的升高，在产品空洞率和焊接强度方面有着极高要求，还有些厂商要求焊接后无助焊剂残留，产品免清洗，焊接时会选择使用无助焊剂的焊片，这时需要必须通入还原性气氛，来增加焊片的湿润性，从而从另外一个角度降低空洞率。
6.现存技术公开的线作为惰性保护气体，但是n2无法与芯片表面的氧化物反应，不具备还原性；也有部分厂商采用h2作为还原性气氛，但是实际使用的过程中由于h2的存在，对设备要求很严格，设备或参数设置不当，会造成安全风险隐患；近几年，部分厂商开始使用95％的n2和5％的h2混合气、或者n2和甲酸的混合气作为还原气氛，这两种混合还原气氛成本低廉、安全可靠，在一些高要求的半导体芯片焊接工艺中，开始被应用。
7.鉴于此，设计一种结构相对比较简单、成本低廉、安全可靠且能够准确的通过不同芯片焊接工艺技术要求，提供不同工艺气氛的真空共晶炉意义重大。
8.本实用新型要解决的技术问题是：未解决现存技术中的真空工晶炉无法依据不同芯片焊接工艺的要求而提供不同工艺气氛的问题，现提供一种线.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种真空可控气氛共晶炉，包括第一管线、第二管线及用于提供甲酸气体的甲酸供料组件；
10.所述第二管线上具有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口用于连接提供惰性保护气体的第一气源，所述第二进气口用于连接提供还原性保护气体的第二气源；
11.所述第二管线的一端具有第二出气口，另一端设置第一进气口，第二进气口位于第一进气口与第二出气口之间，第一进气口还通过甲酸供料组件和第一管线的一端连接，第一管线的另一端具有第一出气口；
13.所述第二出气口用于向密封腔通入惰性保护气体或者第二气源的还原性气体。
14.本方案中通过将第一管线、第二管线及甲酸供料组件高度集成，实现可根据不同芯片焊接工艺的要求，提供不同的工艺气氛，提高焊接质量，其中，第一进气口的惰性保护气体可以向甲酸供料组件流动，最终从第一出气口流出，以提供腐蚀性的还原气氛，同时第一进气口的惰性保护气体还可以沿第二管线向第二出气口流动，以提供非还原性气氛，第二进气口的非腐蚀性的还原性气体也会沿第二管线向第二出气口流动，以提供非腐蚀性的还原气氛；从而在提供不同工艺气氛时，实现部分管线的共用，又能够将非腐蚀性还原气氛和腐蚀性还原气氛的流动路径分开，具有管道用量少，结构紧密相连，并能够为第一管线和第二管线配置不一样的材料的管道，节省成本，增加使用寿命。
15.为了形成惰性保护气体与甲酸的混合还原气氛，进一步地，所述甲酸供料组件包括甲酸罐及设置于甲酸罐的第一甲酸进气管线.所述第一甲酸进气管线插入至甲酸罐的内部，且其下端端部位于甲酸罐内部甲酸溶液的液面下方，所述甲酸出气管线的下端端部位于甲酸罐内部甲酸溶液的液面上方，所述第一进气口通过第一甲酸进气管线与甲酸罐的内部连通，甲酸罐内部通过甲酸出气管线和第一管线.第一气源的惰性保护气体从第一进气口通过第一甲酸进气管线后进入甲酸罐，形成气液混合体，而后依次从甲酸出气管线、第一管线及第一出气口进入密封腔。
18.为实现第一进气口能够为第二管线或甲酸罐通入惰性保护气体，进一步地，所述第二管线连接有第一分气构件，第一进气口设置在第一分气构件上，所述第一分气构件同时与第二甲酸进气管线的一端和第二管线连接，第二甲酸进气管线的另一端和第一甲酸进气管线.为便于在第二管线上配置第二进气口，进一步地，所述第二管线连接有第二分气构件，第二分气构件位于第一分气构件与第二出气口之间，所述第二进气口通过第二分气构件与第二管线.为便于控制，进一步地，所述第一管线或甲酸出气管线上串联有第一开关阀；所述第二管线上串联有第二开关阀和第三开关阀，第二开关阀位于第一分气构件和第二分气构件之间，第三开关阀位于第二分气构件与第二出气口之间；所述第二进气口与第二分气构件之间串联有第四开关阀，第一甲酸进气管线或第二甲酸进气管线上串联有第五开关阀。
21.为便于调节第一出气口或第二出气口的工艺气氛流量，进一步地，所述第一管线或甲酸出气管线上串联有第一流量调节阀；所述第二管线上串联有第二流量调节阀，第二流量调节阀位于第二分气构件与第二出气口之间。
22.为了控制惰性保护气体进入甲酸罐的压力的大小及稳定性，进一步地，所述第一甲酸进气管线或第二甲酸进气管线.为避免甲酸罐内的气体或液体向第一甲酸进气管线返流，进一步地，所述第一
甲酸进气管线.为了更好的提高甲酸供料的安全性，进一步地，所述甲酸罐上设置有与其内部连通的安全泄压阀；当甲酸罐内部的压力超过安全泄压阀的压力时，部分工艺气体或气液混合体会从安全泄压阀排出，以此保证甲酸供料组件的安全性。
25.本实用新型的有益效果是：本实用新型真空可控气氛共晶炉可根据芯片焊接工艺技术要求，给真空共晶炉的密封腔中充入不同工艺气氛，可以是还原性气氛，如氮气和甲酸的混合气、或者是95％的n2和5％h2的混合气，通过还原性气氛对真空共晶炉内的焊接元器件进行还原处理，提高芯片焊接质量；也可以是非还原性工艺气氛，如纯n2，焊接时形成保护自然环境，降低氧化，保证产品焊接质量；
26.此外，将有腐蚀性工艺气体和非腐蚀性工艺气体分别从第一出口和第二出口通入密封腔，因此，可为第一管线和第二管线配置不一样的材料的管道，节省成本，增加使用寿命。
29.图中：1、第一管线、第二管线、第二分气构件，26、第二流量调节阀；
31.3、甲酸供料组件，31、甲酸罐，32、第一甲酸进气管线、甲酸出气管线、液位观察窗，310、加料密封组件，311、第二甲酸进气管线、第三开关阀，f4、第四开关阀，f5、第五开关阀。
34.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保温的主题的范围。
35.如图1所示，一种真空可控气氛共晶炉，用于向密封腔4通入气体，包括第一管线及用于提供甲酸气体的甲酸供料组件3；
36.第二管线用于连接提供惰性保护气体的第一气源，第二进气口22用于连接提供还原性保护气体的第二气源；
37.第二管线，另一端设置第一进气口21，第二进气口22位于第一进气口21与第二出气口23之间，第一进气口21还通过甲酸供料组件3和第一管线的一端连接，第一管线的另一端具有第一出气口11；
39.第二出气口23用于向密封腔4通入惰性保护气体或者第二气源的还原性气体。
40.本实施例中甲酸供料组件3包括甲酸罐31及设置于甲酸罐31上端的第一甲酸进气管线.第一甲酸进气管线的内部，且其下端端部位于甲酸罐31内部甲酸溶液的液面下方，甲酸出气管线内部甲酸溶液的液面上方，第一进气口21通过第一甲酸进气管线内部通过甲酸出气管线和第一管线的一端连通；第一气源的惰性保护气体从第一进气口21通过第一甲酸进气管线，形成气液混合体，而后依次从甲酸出气管线的上端设置有与其内部连通的安全泄压阀36；当甲酸罐31内部的压力超过安全泄压阀36的压力时，部分工艺气体或气液混合体会从安全泄压阀36排出，以此保证甲酸供料组件3的安全性；
43.甲酸罐31的上端还设有与其内部连通的加料口，加料口处可拆卸的安装有加料密封组件310，加料密封组件310与加料口密封连接，当甲酸罐31内的甲酸液面低于第一甲酸进气管线下端面时，打开加料密封组件310，往甲酸罐31中加入甲酸，甲酸补充完毕后，将加料密封组件310重新与加料口密封连接，封堵住加料口；为便于移动甲酸罐31，甲酸罐31侧壁固定有把手37，并在底部固定有底座38，使甲酸罐31不易发生歪倒。
44.第二管线上，第一分气构件24同时与第二甲酸进气管线的一端和第二管线连接，第二甲酸进气管线的另一端和第一甲酸进气管线的上端连接；在本实施例中，第一分气构件24可采用三通管，第一进气口21设置在第一分气构件24的第一端，第二甲酸进气管线的第二端连接，第二管线.本实施例中第二管线与第二出气口23之间，第二进气口22通过第二分气构件25与第二管线之间串联有第四开关阀f4，在本实施例中，第二分气构件25可采用三通管，第二进气口22设置在第四开关阀f4的进口，第四开关阀f4的出口与第二分气构件25的第一端连接，第二分气构件25的第二端和第三端串联在第二管线.第一管线或甲酸出气管线上依次串联有第一开关阀f1和第一流量调节阀12，例如，第一流量调节阀12的出口和第一出气口11连接，第一开关阀f1的出口和第一流量调节阀12的进口连接，甲酸出气管线.第二管线上依次串联有第二开关阀f2、第二流量调节阀26及第三开关阀f3，第二开关阀f2位于第一分气构件24和第二分气构件25之间，第三开关阀f3位于第二分气构件25与第二出气口23之间，第二流量调节阀26位于第二分气构件25与第二出气口23之间，具体地，第二开关阀f2的进口和第一分气构件24连接，第二开关阀f2的出口和第二分气构件25的连接，第二分气构件25和第二流量调节阀26的进口连接，第二流量调节阀26的出口和第三开关阀f3的进口连接，第三开关阀f3的出口和第二出气口23连接；
48.第一甲酸进气管线或第二甲酸进气管线可控制惰性保护气体进入甲酸罐31的压力的大小及稳定性；第一甲酸进气管线内的气体或液体向第一甲酸进气管线返流；在
本实施例中，选用第五开关阀f5和调压阀34依次串联第二甲酸进气管线的进口连接，第五开关阀f5的出口和调压阀34的进口连接，调压阀34的出口和第一甲酸进气管线.在本实施例中第一开关阀f1、第二开关阀f2、第三开关阀f3、第四开关阀f4和第五开关阀f5均采用电磁阀，以便于自动控制。
50.有必要注意一下的是，在本实施例中第一气源提供的惰性保护气体为氮气，亦可采用现存技术中其他的惰性保护气体，第二气源提供的还原性保护气体为非腐蚀性还原气氛(95％的n2和5％的h2)，亦可采用现存技术中其他的非腐蚀性还原气氛；
53.a、第一气源提供的工艺气氛(n2)从第一进气口21进入，第二开关阀f2和第三开关阀f3打开，其余开关阀关闭，n2沿第二管线流动，调节第二流量调节阀26，使气体流量达到设定值，n2按一定的流量进入密封腔4，与密封腔4连接的压力传感器，检测到密封腔4内的压力达到设定值后，控制第二开关阀f2和第三开关阀f3关闭，停止进气，同时对密封腔4进行密封；
55.可以选用甲酸(hcooh)或氮氢混合气(n2/h2)进行助焊，增强焊接表面活化能力，提高浸润性，实现无焊剂无空洞焊接。
56.b、第二气源提供的非腐蚀性还原气氛(95％的n2和5％的h2)从第二进气口22进入，第四开关阀f4和第三开关阀f3打开，其余开关阀关闭，非腐蚀性还原气氛沿第二管线流动，调节第二流量调节阀26，使气体流量达到设定值，n2/h2混合气按一定的流量进入密封腔4，与密封腔4连接的压力传感器，检测到密封腔4内的压力达到设定值后，控制第二开关阀f2和第三开关阀f3关闭，停止进气，同时对密封腔4进行密封；
57.或者，第一气源提供的n2从第一进气口21进入，第二气源提供的h2从第二进气口22进入，第四开关阀f4、第三开关阀f3和第二开关阀f2打开，其余开关阀关闭，n2和h2在第二分气构件25处汇聚，形成非腐蚀性还原气氛(95％的n2和5％的h2)，而后沿第二管线流动，调节第二流量调节阀26，使气体流量达到设定值，n2/h2混合气按一定的流量进入密封腔4，与密封腔4连接的压力传感器，检测到密封腔4内的压力达到设定值后，控制第二开关阀f2和第三开关阀f3关闭，停止进气，同时对密封腔4进行密封；
58.c、需要通入n2和甲酸的混合还原气氛时：第一气源提供的n2从第一进气口21进入，第五开关阀f5和第一开关阀f1打开，其余开关阀关闭，n2依次经过第二甲酸进气管线和第一甲酸进气管线内的甲酸液面之下，形成n2和甲酸的混合还原气氛，随后依次经甲酸进气管线连接的压力传感器，检测到密封腔4内的压力达到设定值后，控制第二开关阀f2和第三开关阀f3关闭，停止进气，同时对密封腔4进行密封；甲酸在腔体内在高温下不仅能通过化学反应消耗氧气形成无氧焊接，而且能通过还原反应使被氧化的金属表面还原，增加焊点的润湿性，来提升产品焊接质量。
59.本实用新型可以给线充入不同工艺气氛，能有效应对有助焊剂的焊接工艺，也可满足无助焊剂的焊接工艺，其结构紧密相连，使用安全，成本低廉，产品焊接
质量好，设备和零部件常规使用的寿命长，可大范围的应用于电力设备、汽车产品、列车控制、航天、航空系统、高端显示等领域。
60.上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员可完全在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要依据权利要求范围来确定其技术性范围。
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