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微互连烧结的精密前导工艺:焊片与引线在石墨模具中的全自动协同组装

微互连烧结的精密前导工艺:焊片与引线在石墨模具中的全自动协同组装在高功率半导体模块的真空烧结工艺中,于石墨模具内实现微型
微互连烧结的精密前导工艺:焊片与引线在石墨模具中的全自动协同组装

在高功率半导体模块的真空烧结工艺中,于石墨模具内实现微型焊片与金属引线的精准预组装,是保障最终产品互连可靠性的关键前置工序。面对发丝般细小的焊片与高密度引线阵列,如何实现零误差、高效率的协同排列,是一项涉及精密机械设计与流程控制的综合工程挑战。

一、 核心挑战:微观物料的协同定位难题

此工艺的核心在于,必须将成百上千枚水平放置的微型焊片,与垂直固定的引线顶端实现三维空间的绝对同轴对准。其主要挑战源自物料特性:

尺度与形态的复杂性:直径0.1-0.5mm的焊片质量极轻,易产生静电黏附与叠片;引线则需保持绝对垂直插入,任何歪斜都将导致对位失败。

双物料流程的同步性与洁净度要求:引线定位与焊片排列需作为两个并行且高度协同的流程,任何环节引入的金属粉尘或错误物料,在后续高温烧结中都可能导致产品失效。

二、 系统化解决方案:分步整列、物理净化与重力落料

为攻克上述难题,一套成熟的自动化方案将流程解构为逻辑严密的三个阶段,核心在于采用高精度的物理方法替代人工及不稳定的通用设备。

第一阶段:引线阵列的整列与定位 引线的处理首先依赖于一台高精度唯思特整列机。该设备依据引线的几何特征(如端部倒角)进行定向与排序,输出方向一致的引线队列。随后,整列后的引线并非由机械手逐一拾取,而是被导入一块与石墨模具孔阵布局完全一致的高精度定位中转治具中。通过一次性的精准对位与转移动作,整盘引线被同步、垂直地植入石墨板孔位,形成完美阵列。这一过程体现了唯思特整列机在实现规则零件高一致性输出方面的核心价值,为后续协同组装奠定了基准。

第二阶段:焊片阵列的精密制备与叠片净化 焊片的处理更具挑战。另一套系统将焊片单层平铺于特制的真空吸附治具板上,该治具板密布微孔阵列,每个孔吸附一枚焊片。为确保每个吸附点仅有单枚焊片,系统执行关键净化步骤:将治具板小幅倾斜并施加精确定义的轻微振动。此“倾斜敲击”动作利用惯性力与重力,将重叠的焊片(叠料)有效剔除,而单层焊片因被真空牢固吸附得以保留。这种基于物理原理的净化方法,是保障后续步骤成功率的决定性环节。

第三阶段:真空释控与最终重力落料组装 最后阶段实现双物料的终极协同。净化后的焊片治具板被精密移动至引线石墨板正上方,完成三维空间的对位校准。随后,系统核心动作触发:瞬间关闭真空吸附。所有焊片在重力作用下,垂直、同步地穿过治具板的导向孔,精确落入下方对应引线的顶端中心,完成“引线-焊片”的精准叠合。这种利用重力完成最终组装的非接触式方法,实现了极高的重复定位精度与零损伤。

三、 技术内核与价值:以确定性工艺应对微观挑战

此方案的成功,根植于几个关键的工程理念:

阵列化同步作业替代串行操作:无论是引线还是焊片,均通过高精度治具实现整盘物料的同步定位与转移,极大提升了效率与一致性,避免了单点操作的累积误差。

物理筛选与净化的可靠性:从唯思特整列机的定向筛选,到“倾斜敲击”去除焊片叠料,整个流程依赖经过验证的物理原理,稳定性高,抗干扰能力强。

非接触式重力落料的精度保障:最终通过控制真空通断,利用重力完成组装,消除了机械接触带来的位置扰动与潜在损伤风险。

四、 结论

在追求超高可靠性的功率模块制造中,前置的精密组装工艺已从辅助环节演变为质量控制的决定性步骤。上述通过 “唯思特整列机”实现高精度引线整列,并协同焊片物理净化与重力落料的系统化方案,将复杂的微观协同作业转化为一系列确定、可控的标准化流程。这不仅为高温烧结提供了完美的初始条件,也标志着高端电子制造向全流程确定性生产迈出了关键一步,为核心器件实现卓越的电气性能与长期可靠性提供了坚实的工艺基石。