[發(fā)明專利]激光共晶焊接裝置及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510239089.1
• 申請日: 2015-05-13
• 公開（公告）號: CN104842070A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 張彪;易飛躍;李俊
• 申請（專利權）人: 北京萬恒鐳特機電設備有限公司
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70;B23K101/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于激光共晶焊接技術領域，涉及一種激光共晶焊接裝置及其方法，尤其適用于對溫度比較敏感的芯片和電子器件。

背景技術

在混合集成電路中，將半導體芯片貼裝到基板，管座和組合件等載體器件上，當前主要采取兩種方法：一種是銀漿導電膠粘接，另一種是焊接。與導電膠粘接相比，共晶焊具有熱導率高、電阻小、傳熱快、可靠性強、粘接后剪切力大的優(yōu)點，適用于高頻，大功率器件中芯片與基板，基板與管殼的互聯。對于有較高散熱要求的功率器件必須采用共晶焊接。共晶焊接是利用了共晶合金的特性來完成焊接工藝的。

在混合電路微組裝工藝過程中，真空/可控氣氛共晶爐是國內外廣泛使用的設備，共晶焊時無需使用助焊劑，可抽真空并對氣氛進行控制，減少共晶焊接空洞，同時能提供精確的工藝曲線，提高共晶焊接質量。

焊接時熱損壞，熱應力，濕度，顆粒以及沖擊或者振動是影響焊接效果的關鍵因素。熱損傷會影響薄膜器件的性能；濕度過高可能引起粘連，磨損，附著現象；無效的熱部件會影響熱的傳導。共晶時最常見的問題就是基座的溫度低于共晶溫度，這種情況下，焊料仍然能夠熔化，但是沒有足夠的溫度來擴散芯片背面的鍍金層，而操作者容易誤認為焊料熔化就是共晶了。另一方面，過長的時間來加熱基座會導致電路金屬的損耗。

發(fā)明內容

為了解決常規(guī)共晶焊中為了保證共晶的充分而過長時間的加熱基座所導致的電路基板和金屬的損耗，為了避免過多加熱而導致的芯片失效，為了避免在多芯片電路中，芯片焊接之間的相互影響，本發(fā)明提供了一種激光加熱共晶焊的裝置，將受熱區(qū)域大大減少，避免對電路基板的重復加熱，且能夠實時監(jiān)測共晶焊基座的溫度，并反饋給激光加熱源來實時調整激光輸出能量，確保精確的溫度曲線。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現：

一種激光共晶焊裝置，需要共晶焊的基座放置在一基臺上，放置共晶焊基座的地方鏤空，作為激光進光口和激光測溫儀的窗口；吸嘴在真空發(fā)生器及氣管的作用下將共晶焊焊料和需要共晶焊的芯片拾取并放置在基座上，在共晶焊時對共晶焊芯片施加一定的壓力；一激光器，激光器發(fā)出的光束沿水平方向出射到一光束整形系統(tǒng)，將高斯分布的激光光束整形為能量均勻分布的平頂光束；一凹透鏡和一凸透鏡配合對激光光束擴束準直后再入射到一激光聚焦鏡上；一傾斜放置的激光光束和激光測溫儀光束的合束鏡，此合束鏡反射激光器出射的激光，將激光的傳播方向由水平改為豎直向上，照射在上述基臺鏤空窗口處，及需要共晶焊的基座上，激光輻照在此基座上的光斑尺寸與共晶焊芯片尺寸相匹配；上述合束鏡對激光測溫儀的光束波長透射，一激光測溫儀發(fā)出的激光透過上述合束鏡，照射到需要共晶焊的基座上，實時監(jiān)控基座的溫度并反饋給激光器，進而實時控制激光器出射激光的能量，來實現精確的溫度的曲線。所有的光束外圍都安裝有光束防塵罩。

一種激光共晶焊接方法，在真空發(fā)生器及氣管的作用下，吸嘴拾取并放置共晶焊基座，共晶焊焊料，共晶焊芯片在鏤空基臺上，需要共晶焊接?的部分位于鏤空處，在焊接過程中吸嘴對共晶焊芯片施加一定的壓力。激光器出射的激光光束入射到光束整形系統(tǒng)之后，激光能量密度高斯分布的激光光束成為激光能量密度均勻的平頂光束，再入射到一對凹凸透鏡上，對激光光束進行擴束準直之后，入射到激光聚焦鏡上，開始會聚的激光光束入射到激光光束和激光測溫儀光束的合束鏡上，合束鏡反射激光光束，使激光光束透過鏤空基臺輻照在需要共晶焊的基座上，對其進行加熱，實現激光加熱共晶。激光測溫儀光束透過合束鏡，照射到需要共晶焊的基座上，測量基座的溫度，并反饋給激光器，實時調整激光器輸出能量的大小，以保證精確的溫度曲線，提高共晶焊質量。