Установка для пайки выводов полупроводниковых приборов Советский патент 1983 года по МПК B23K3/00 

Изобретение относится к пайке, в частности к технологическому оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных, схем методом пайки в корпус или на платы, и может быть использовано в радиоэлектронной и радиопромышленности. Известно устройство для присоединения полупроводниковых приборов к подложке, содержаш.ее нагревательный стол, держатель для подложек и вакуумный захват. Полупроводниковый прибор с балочными выводами удерживается за корпус рабочей плоскостью вакуумного захвата, который переносит прибор, совмещает его выводы с контактными площадками подложки, сформированными в виде выступов из припоя. После совмещения выводов включается нагревательный стол и вакуумный захват погружает выводы прибора в расплавленный припой и удерживает прибор до застывания припоя после выключения нагревательного стола 1. Недостатком известного устройства является низкое качество соединений и малый процент выхода годных приборов из-за нестабильности качества пайки при одновременном погружении всех выводов прибора вакуумным захватом в расплавленный припой ввиду погрешности геометрической формы и расположения балочных выводов, разнотолщинности слоя лужения на контактных площадках и кривизны подложки, а также из-за перегрева прибора и монтажных соединений в связи с передачей тепла всей рабочей зоне, а не каждому выводу в отдельности, так как нагрев ведется до расплавления всех контактных площадок подложки. Кроме того, известное устройство не позволяет обеспечить пайку выводов, находящихся на различных уровнях (в углублениях окнах или на выступах), так как вакумный захват базирует прибор за корпус и выводы прибора ориентированы относительно контактных площадок подложки в одной плоскости. Известно также устройство, содержащее вакуумную присоску треугольно;;; -(iCHIlSi, которая переносит полупрово щиковый прибор на плату и производит погружение его выводов в припой, а также источник инфракрасного излучения для оплавления припоя 2. Недостатком такого устройства является также снижение процента выхода годных приборов из-за отсутствия стабилизации (фиксации) положения каждого вывода в расплавленном припое и выдержки их до момента застывания припоя, а также из-за рассеивания излучаемой тепловой энергии и перегрева зоны пайки и прибора и сложности поддержания температурного режима, что требует необходимости применения защитных масок и фокусирующих устройств. Наиболее близкой к предлагаемой является установка для пайки выводов полупроводниковых приборов, содержащая корпус, на котором смонтированы координатный стол с установленной на нем с возможностью вертикального перемещения кареткой, содержащей головку для пайки с инструментом, опора и столик для платы, установленные с возможностью перемещения блок управления, соединенный с приводом координатного стола и каретки 3. Недостатками указанной установки являются низкое качество паяных соединений и малый процент выхода годных приборов ввиду отсутствия программируемого погружения и стабилизации положения каждого вывода в расплавленном припое, так как инструменты опускаются на определенную высоту относительно контактных площадок и скользят на одном уровне вдоль выводов прибора; отхода выводов прибора от контактных площадок вследствие упругого последействия в момент снятия инструментов с выводов, когда расплавленный припой не успел окончательно затвердеть; а также ввиду короткого замыкания между контактными площадками из-за захвата расплавленного припоя инструментами при скольжении их без подъема относительно от контактных площадок; деформации и отрыва .выводов прибора при скользящем движении и инструментов вдоль выводов. Цель изобретения - повыщение качества пайки, производительности процесса и выхода годных приборов. Поставленная цель достигается тем, что установка для пайки выводов полупроводниковых приборов, содержащая корпус, на котором смонтированы координатный стол с установленной на нем с возможностью вертикального перемещения кареткой, содержащей головку для пайки с инструментом, опора и столик для платы, установленные с возможностью перемещения, блок управления, соединенный с приводом координатного стола и каретки, снабжена дополнительным координатным столом с кареткой, установленной с возможностью вертикального перемещения, щупом-ограничителем, установленным на каретке и соединенным с блоком управления и системой наведения инструмента и щупа-ограничителя в зону пайки, выполненной в виде световых трубок, установленных в каждом из координатных столов. На фиг. I показана установка для пайки выводов полупроводниковых приборов, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - кинематическая схема установки пайки; на фиг. 4 (а, б, в, г, д, е, ж, и, к, л) - схемы процесса пайки выводов прибора на контактные площадки платы.

Установка для пайки выводов полупроводниковых приборов содержит корпус 1, на котором закреплены координатные столы 2 н 3 с установленными на них каретками 4 и 5 вертикальных перемещений, сопряженные под действием лружин 6 и 7 с приводами 8 и 9 вертикальных перемещений.

Для отсчета исходного и рабочих положений кареток 4 и 5 по вертикали служат датчики 10 и 11 (фиг. 3). В нижней части корпуса 1 закреплена опора 12 с рабочим столиком 13 под плату.

На каретке 5 вертикальных перемещений координатного стола 3 (фиг. 3) установлена головка 14 пайки, содержащая коромысло 15, на одном конце которого закреплен инструмент 16 постоянного нагрева, а на другом конце расположен контактный датчик 17 касания инструмента о вывод, совмещенный с контактной площадкой платы. Датчик 17 состоит из электрического контакта 18, закрепленного на коромысле-15 и контактного винта 19, расположенного на каретке 5 и находящегося в замкнутом состоянии с контактом 18 под действием пружины 20, являющейся одновременно и нагружающим элементом головки пайки 14.

На второй каретке 4 вертикальных перемещений второго координатного стола 2 установлено устройство стабилизации программируемой величины погружения выводов в расплавленный припой 21, содержащее держатель 22, закрепленный в пружинном подвесе 23. В держателе 22 закреплен щуп-ограничитель 24, служащий для стабилизации положения вывода в расплавленном припое.

Для совмещения начальной точки пайки программного обхода, заложенного в блоке 25 управления (фиг. I) с первым выводом прибора имеются две световые указки 26 и 27, закрепленные на координатных столах 2 и 3. Их назначение - проектировать световые перекрестия на точки прибора, над которыми в данный момент находятся инструмент 16 и щуп-ограничитель 24. Блоки управления 25, питания 28 и нагрева 29 размещены на корпусе 1.

Установка работает следующим образом.

Перед началом работы на рабочий стол 13 (фиг. 1 и 2) устанавливают плату с фиксированными на ней приборами. Рукояткой опоры 12 подводят в зону пайки присоединяемые объекты и с помощью координатного стола 2 и 3 подводят световые перекрестия указок 26 и 27 на первый вывод прибора. При этом инструмент 16 и щупограничитель 24 находятся в исходном верхнем положении (фиг. 4 а). Кнопкой «Пуск включают рабочий цикл установки. Привод 9 (фиг. 3) опускает каретку 5 вертикальных перемещений с головкой 14 пайки и инструментом 16 до контакта последнего

с выодом прибора, лежащего на припойном выступе контактной площадки платы (фиг. 46).

В момент касания инструмента о вывод прибора контакт 18 {фкг. 3) датчика 17 разрывается и сигнал посылается в блок 25 управления, где происходит запоминание положения привода 9 в момент посылки сигнала. Блок 25 управления вырабатывает

дополнительное, заранее установленное оператором на пульте этого блока, число импульсов, соответствующее отработке привода 9, на величину требуемотго програм- мируемого погружения вывода в припой

5 контактной площадки. При этом головка 14 пайки отклоняется на шарнире от контактного винта 19, так как инструмент 16 опирается на вывод, а коромысло 15 на щарнире опускается вместе с кареткой от привода 9.

0

По истечении некоторого промежутка

времени после касания инструментом вывода происходит оплавление припоя контактной площадки и датчик 17, перемещаясь до контакта 18 под действием пружины 20, дает

5 сигнал инструменту на погружение вывода в расплавленный припой на величину, соответствующую отработке привода 9 (фиг. 4 в). При соприкосновении поверхности контакта 18 (фиг. 3) с контактным винтом 19 головки 14 пайки, блок 25 управления получает сигнал окончания процесса погружения вывода в припой, по которому включаются приводы второго стола 2 и привод второй каретки 4 вертикального перемещения с устройством стабилизации программируемой величины погружения вывода в расплавленный припой. Одновременно с перемещением в горизонтальной плоскости щупа-ограничителя 24 устройства 21 перемещается и перекрестие световой указки 26, которое приходит в точку, лежащую рядом

0 с рабочим торцом инструмента 16, после чего опускается щуп-ограничитель 24 и останавливается рядом с торцом инструмента 16 (фиг. 4 г) на одном уровне. После достижения щупом-ограничителем 24 уровня инструмента 16 .(фиг. 3) последний подни5мается приводом 9 головки 14 пайки по программе, заложенной в блоке 25 управления переходит на другую контактную площадку с выводом с помощью координатного стола 3, а ограничитель 24 остается наместе

0 стола 3, а ограничитель 24 остается на месте до момента застывания припоя (фиг. 4 д). Затем .инструмент 16, опустивщись на вывод (фиг. 4 е), расплавляет припоя, погружает вывод (фиг. 4 ж), после чего щуп-ограничитель 24 следует за инструментом 16 (фиг. 4 и), т. е. происходит перехват вывода в расплавленном припое щупом-ограничителем 24, не требуя охлаждения инструмента и не увеличивая времени непроизводительного его простоя на позиции пайки. Таким образом происходит программируемый обход всех выводов прибора (фиг. 4к) с обеспечением одинаковой величины погружения выводов в припой независимо от толщины лужения (фиг. 4л). Использование устройства стабилизации программируемой величины погружения вывода в расплавленный припой в установке позволит достичь увеличения процента выхода годных приборов за счет повышения качества пайки ввиду программируемого процесса погружения вывода в расплавленнь1й припой и последующей стабилизации (фиксации) положения каждого вывода в расплаве независимо от кривизны платы, погрешности формы выводов прибора, разновысотности контактных площадок и толщины лужения платы; за счет обеспечения стабильности процесса пайки вследствие идентичности положения выводов относительно поверхностей контактных площадок, фиксируемых щупом-ограничителем в припое и отсутствия перегрева прибора и зоны пайки ввиду дозированного регулирования времени пайки, необходимого только для расплавления припоя только на данном присоединяемом выводе, а также за счет исключения короткого замыкания между контактными площадками платы из-за от., „...., „ „,.„„ н сутствия растекания припоя во время погружения (осадки) вывода в расплав на определенную заданную величину, Кроме того, предлагаемая установка позволяет повысить производительность и стойкость инструмента при пайке одиночным методом за счет перехвата и замещения постоянно нагретого поечного инструмента щупом-ограничителем, в то время как при использовании инструмента импульсного нагрева необходимо нагревать и охлаждать его каждый раз при переходе с вывода на вывод.

УСТАНОВКА ДЛЯ ПАЙКИ ВЫВОДОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, содержащая корпус, на котором смонтированы координатный стол с установленной на нем с возможностью вертикаль25 29 26 2 б кого перемещения кареткой, содержащей головку для пайки с инструментом, опора и столик для платы, установленные с возможностью перемещения, блок управления, соединенный с приводом координатного стола и каретки, отличающаяся тем, что, с целью повыщения качества пайки, производительности процесса и выхода годных приборов, установка снабжена дополнительным координатным столом с кареткой, установленной с возможностью вертикального перемещения, щупом-огра-ничителем, установленным на каретке и соединенным с блоком управления, системой наведения инструмента и щупа-ограничителя в зону пайки, выполненной в виде световых трубок, установленных на каждом из координатных столов. (Л со 05 О5 Фиг. 1

Ш