托盘夹具的加工方法
技术领域
本发明涉及托盘夹具领域,具体而言,涉及一种托盘夹具的加工方法。
背景技术
半导体芯片微电子行业处于高度自动化水平,自动化生产线需要配套高精度的托盘夹具,以对半导体芯片进行定位固定。此类夹具有高精度的要求,且厚度一般小于5mm,故通过传动板料机加工的方式不能得到高精度的夹具。
目前,产线上制造托盘夹具的方法为:将托盘夹具分成若干层板,并对每个层板分别进行孔加工,而后将各个层板通过点焊的方式组装成型,并交付生产。这种加工方式使得托盘夹具只有边部受热,托盘夹具中间位置与边缘位置将存在温度差,托盘夹具中间位置与边缘位置热应力不同,托盘夹具容易因变形而报废。
发明内容
本发明的目的在于提供一种托盘夹具的加工方法,以改善上述问题。
本发明是这样实现的:
基于上述目的,本发明提供一种托盘夹具的加工方法,托盘夹具包括至少两个层板,包括以下步骤:
(a)对各个层板分别进行孔加工,使层板上形成多个容纳孔;
(b)将所有层板进行堆叠,使相邻的两个层板间的容纳孔连通,所有层板堆叠后形成初始托盘;
(c)向初始托盘的容纳孔中压入耐高温粉末;
(d)对初始托盘进行真空扩散焊接;
(f)取出容纳孔中的耐高温粉末。
进一步地,耐高温粉末为石墨粉末或陶瓷粉末。
进一步地,还包括步骤(g),在初始托盘的上下表面涂阻焊层;
在步骤(c)或步骤(d)前进行步骤(g)。
进一步地,阻焊层的厚度为5μm~15μm。
进一步地,对初始托盘的上下表面涂阻焊层后,低温烘干,烘干温度不超过150摄氏度。
进一步地,还包括步骤(h),取出容纳孔中的耐高温粉末后,对初始托盘进行表面抛光。
进一步地,在步骤(c)中,初始托盘放入冷压模具中,倒入耐高温粉末进行初压,冷压模具卸压后继续倒入金属粉末再次加压。
进一步地,步骤(a)中,对层板的孔加工采用化学蚀刻或电解蚀刻加工。
进一步地,在步骤(b)中,将所有层板进行堆叠后,通过点焊的方式将各个层板进行定位固定。
进一步地,容纳孔矩形阵列分布于层板。
本发明的有益效果是:
本发明提供一种托盘夹具的加工方法,采用真空扩散焊接的方式对各个层板进焊接,在焊接时,由于托盘中的容纳孔内填充有耐高温粉末,耐高温粉末可起到热传递的作用,使托盘的各个位置上的温度基本一致,从而降低托盘中心与边缘的温度差,从而有效降低托盘升温过程中的热应力,同时,耐高温粉末可有效改变焊后冷却过程中层板的热场状态,可有效避层板因冷却不均而产生热应力,保证托盘在焊接过程中不会发生变形,保证了焊接精度。此外,托盘在焊接时会受到较大的压力,耐高温粉末填满容纳孔内后,耐高温粉末可起到支撑作用,可有效减小托盘受压后的变形量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的托盘夹具分层图;
图2为本发明实施例1提供的初始托盘的结构示意图;
图3为本发明实施例1提供初始托盘涂有阻焊层的结构示意图;
图4为本发明实施例1提供的向初始托盘中压入耐高温粉末的过程图;
图5为本发明实施例1提供的初始托盘中压入耐高温粉末后的结构示意图。
图标:10-第一层板;11-第一容纳孔;20-第二层板;21-第二容纳孔;30-第三层板;31-第三容纳孔;40-孔道;50-阻焊层;60-耐高温粉末;70-冷压模具。
具体实施方式
托盘夹具用于定位固定半导体芯片,托盘夹具上应当设置用于放置半导体芯片的多个孔道。而根据孔道的形状一般需将夹具分成若干层板,并对各个层板分别进行孔加工,再将所有层板通过点焊的方式焊接在一起,焊接完成后,各个层板上所加工出来的孔连通后便形成了用于放置半导体芯片的孔道。通过点焊的方式加工的托盘夹具因为只是局部位置的焊接,而层板面与面之间处于分离状态,因此存在以下缺点:
第一,因为局部点焊,焊点数量受到产品形状的限制且焊点强度有限,在使用过程中层板之间容易脱开,使用寿命较短。
第二,上一层板与下一层板面与面间处于分离状态,而半导体芯片尺寸微小,导致半导体芯片易于进入层板的夹缝间,导致废品率的提高及托盘夹具失效。
第三,对托盘夹具进行点焊的过程中,托盘夹具只有边部受热,托盘夹具中间位置与边缘位置将存在温度差,托盘夹具中间位置与边缘位置热应力不同,托盘夹具容易发生变形,最终导致报废。
第四,采用点焊的方式对托盘夹具进行加工,托盘夹具的最上层和最下层的层板的厚度不能太薄,否则层板将因刚度不够易产生局部弯曲变形,从而限制了托盘夹具的轻量化、精细化设计。
因此,本发明提供一种托盘夹具的加工方法。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中,需要说明的是,指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
本实施例提供一种托盘夹具的加工方法,首先根据托盘夹具上孔道的形状对托盘夹具进行分层。本实施例中,如图1所示,将托盘夹具分为三层,即托盘夹具中包括三个层板,层板的厚度在0.02mm-1mm间,层板为钢材制成。
为方便叙述将三个层板从下至上分别定位为第一层板10、第二层板20和第三层板30。本实施例中,第一层板10的厚度为0.6mm,第二层板20的厚度为0.2mm,第三层板30的厚度为0.6mm。以下对托盘夹具的具体加工方法进行详细描述。
步骤(a),对各个层板分别进行孔加工。孔加工方式为化学蚀刻或者电解蚀刻加工,以保证较薄的层板上所加工出来的孔具有较高的精度。孔加工完成后,层板上将形成矩形阵列分布的多个容纳孔。如图2所示,第一层板10上的容纳孔为第一容纳孔11,第一容纳孔11为圆形孔。第二层板20上的容纳孔为第二容纳孔21,第二容纳孔21为方形孔,第二容纳孔21大于第一容纳孔11;第三层板30上的容纳孔为第三容纳孔31,第三容纳孔31为方形孔,第三容纳孔31大于第二容纳孔21。第一容纳孔11、第二容纳孔21和第三容纳孔31一一对应。
步骤(b)将所有的层板从下至上进行堆叠,通过点焊的方式将各个层板进行定位固定,以保持各个层板间的相对位置。各个层板堆叠并焊接过后,相邻的两个层板间的容纳孔连通并形成孔道40,即第一容纳孔11与相对应的第二容纳孔21连通,第二容纳孔21与相对应的第三容纳孔31连通,第一容纳孔11、第二容纳孔21、第三容纳孔31三者连通后便形成用于放置半导体芯片的孔道40。将所有层板堆叠定位后形成的整体定义为初始托盘。层板与层板之间的点焊方式可以采用电阻焊的局部表面焊接方式或激光、电子束焊的侧面焊接定位方式。
步骤(g)在初始托盘的上下表面涂阻焊层50。也就是说,如图3所示,在第一层板10的下表面和第三层板30的上表面进行涂阻焊层50。初始托盘上下表面涂上阻焊层50后,低温烘干,烘干温度不超过150摄氏度,以防止层板被氧化。阻焊层50为不与层板反应的无机耐高温材料,比如氧化锆、氧化钇、陶瓷、云母等。阻焊层50的附着方式可以选择刷涂、印刷、喷涂等简单的方式,也可采用沉积、镀膜等精确控制的方式。当然,阻焊层50的厚度不易过薄或过厚,过薄阻焊性差,过厚浪费材料、不易去除,因此,本实施例中,阻焊层50的厚度为5μm~15μm。
步骤(c)向初始托盘的孔道40中压入耐高温粉末60,即将各个容纳孔中压入耐高温粉末60。如图4所示,首先在冷压模具70中铺上一定厚度的耐高温粉末60,将涂了阻焊层50的初始托盘放入到冷压模具70中,然后继续向冷压模具70中倒入耐高温粉末60进行初压,冷压模具70卸压后继续倒入耐高温粉末60再次加压,确保所有层板上的容纳孔被耐高温粉末60填满。向初始托盘的孔道40中压入的高温粉末被压实后可视为一个固体支撑件。卸压完成后将初始托盘从冷压模具70中取出,用刮刀将阻焊层50上的多余粉末刮掉。如图5所示,刮掉耐高温粉末60后,初始托盘的上下表面为阻焊层50,初始托盘的孔道40内被耐高温粉末60填充。本实施例中,耐高温粉末60为陶瓷粉末。在其他具体实施例中,耐高温粉末60还可是其他具有耐高温特性的粉末,比如石墨粉末。耐高温粉末60在1200摄氏度的条件下不会熔化。
步骤(d)对初始托盘进行真空扩散焊接。将压满耐高温粉末60的初始托盘放入真空扩散炉中进行真空焊接;焊接压力为5MPa,焊接温度1150摄氏度,保温时间2小时,当设备温度低于200摄氏度时,将托盘取出在空气中自然冷却。当然,由于初始托盘的上下表面涂有阻焊层50,多个初始托盘可上下堆叠后放入到真空扩散炉中,从而同时对多个初始托盘进行真空扩散焊接,从而提高焊接效率。
步骤(f),将真空焊接后的初始托盘从真空炉中取出,取出孔道40中的耐高温粉末60,即取出各个层板的容纳孔中的耐高温粉末60。可通过手动或者机械自动的方式将耐高温粉末60从孔道40中取出,起初的耐高温粉末60可再次回收利用。
步骤(h),取出容纳孔中的耐高温粉末60后,对初始托盘进行表面抛光。表面抛光方式选用电解抛光,以获得理想的表面状态,最终得到托盘夹具。当然,在对初始托盘进行表面抛光前,可先对初始托盘进行数控加工,修正其外形轮廓去除因蚀刻产生的毛边。
本实施例提供的一种托盘夹具的加工方法,采用真空扩散焊接的方式对各个层板进焊接,层板面与面之间能够很好的接触焊接在一起,在使用过程中层板之间不易脱开,提高了托盘夹具的使用寿命,降低了废品率。在焊接时,由于托盘中的容纳孔内填充有耐高温粉末60,耐高温粉末60可起到热传递的作用,使托盘的各个位置上的温度基本一致,从而降低托盘中心与边缘的温度差,从而有效降低托盘升温过程中的热应力,同时,耐高温粉末60可有效改变焊后冷却过程中层板的热场状态,可有效避层板因冷却不均而产生热应力,保证托盘在焊接过程中不会发生变形,保证了焊接精度。此外,托盘在焊接时会受到较大的压力,耐高温粉末60填满容纳孔内后,耐高温粉末60可起到支撑作用,可有效减小托盘受压后的变形量。在实际焊接过程中,即使托盘夹具的最上层、最下层层板的厚度很薄也可对其进行焊接,解决了托盘夹具设计屏障,为轻量化提供了可能。
本实施例中,通过重复施压的方式将耐高温粉末60压入至各个层板的容纳孔中,因耐高温粉末60再施压前处于粉末状态,因此不需要针对初始托盘的孔道40的形状而制作高昂的专用焊接施压工装。
本实施例中,在步骤(b)中,所有层板进行堆叠后,通过电焊的方式对层板进行定位固定,定位方式简单,操作方便。在其他具体实施例中,也可以通过其他方式对各个层板进行定位固定,比如,在各个层板上开设定位孔,通过在定位孔中插入销钉的方式对各个层板进行定位固定。
本实施例中,托盘夹具中的层板为三个,在其他具体实施例中,托盘夹具中的层板也可以是两个或者两个以上的其他个数。
需要说明的是,步骤(c)与步骤(g)的顺序步骤不受限制。本实施例中,步骤(g)在步骤(b)后步骤(c)前,在其他具体实施例中,步骤(g)也可在步骤(c)后步骤(d)前。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。