一种电路板引脚护层制备装置及方法与流程

本发明属于半导体封装的，具体涉及一种电路板引脚护层制备装置及方法。

背景技术：

1、电路板，也称印刷电路板（pcb），是一种用于连接和支持电子元件的基础结构。它通常由导电材料（如铜）与绝缘材料（如玻璃纤维或树脂）相结合制成。电路板通过印刷技术将电路图案转移到基板上，实现电子元件的电气连接和机械固定。

2、电路板广泛应用于各类电子设备中，包括计算机、手机、家电和工业设备等。根据设计复杂度，电路板可分为单面、双面和多层板。现代电路板不仅支持基本的线路连接，还可以集成大规模集成电路（ic），满足高性能和小型化的需求。

3、电路板引脚（pin）是电子元件与电路板之间的连接部分，通常是金属突起或焊接点，用于实现电气连接和机械稳固。引脚的功能和设计对于电路板的性能至关重要。

4、采用电路板引脚较多的是各类芯片，例如微处理器、数字信号处理器、ram、rom等等。

5、现有的芯片与电路板连接的引脚大都没有进行封装保护，引脚直接裸露在外，会导致多个问题:

6、1、短路风险：裸露的引脚可能因为意外接触导致短路，进而引发电路故障或损坏芯片及其他元件，尤其是电路板长期使用，电路板上的引脚间容易形成微小的导电路径，这种现象主要是由于银的迁移而导致的，它会在电路板的相邻引脚之间形成短路，从而引发设备故障或失效。

7、2、腐蚀问题：环境中的湿气、氧气或污染物可能导致引脚表面腐蚀，影响电气接触性能，这尤其在潮湿或污染严重的环境中显得尤为严重。

8、3、物理损伤：裸露引脚较为脆弱，容易在安装、运输和使用过程中受到震动，造成物理损伤，例如弯曲或折断。

9、目前，在电路板上制作护层的方法有气相沉积法、液相沉积法以及人工直接涂层的方法，其中气相沉积法由于需要高温环境且沉积速度慢，不适合用于电路板引脚的护层处理，人工直接涂层则很难控制涂层厚度，容易出现漏涂、起泡等问题，且涂层厚度很厚（通常大于2mm），造成电路板散热困难，且影响电路板美观，并不实用。液相沉积法一般包括旋涂法和浸涂法，其中旋涂法是将制备好的pva溶液均匀滴加到半导体基材的中心。通过高速旋转基材，使pva溶液扩散并均匀覆盖整个月面的表面。通过控制旋转速度和时间，以实现所需的膜厚度，通常膜厚在200 nm到几微米之间。浸涂法适用于更大面积或者更复杂形状的基材。方法是将基材浸入pva溶液中。缓慢取出基材，然后让其自然流干。这两个方法也不适用于电路板引脚护层处理。电路板引脚结构空间结构较为复杂，引脚上表面和下表面均要涂上护层，旋涂法只能对表面平滑结构进行处理，无法应对电路板引脚这种具有三维形状的场景，而浸涂法需要将整个电路板浸入pva溶液中，无法对电路板引脚位置进行特定区域的处理，其次，浸涂法只能靠自然流干，无法控制护层厚度。

10、综上，目前，尚未有一个合适的装置和方法，能实现电路板引脚的护层封装，为了解决上述的短路风险、腐蚀问题和物理损伤，亟需对此进行研制。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种电路板引脚护层制备装置及方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种电路板引脚护层制备装置，包括安装板，安装板上安装有若干个引脚护层制备单元，引脚护层制备单元包括单元壳体、进口管、电动四通阀、护层液管、纯水管、气体管和出口管，单元壳体具有一能容纳芯片及与该芯片连接的电路板引脚的沉积内腔，沉积内腔下端开口，进口管一端连接沉积内腔的一侧，出口管一端连接在沉积内腔的另一侧，进口管另一端连接电动四通阀的其中一个接口，电动四通阀其他三个接口分别连接护层液管、纯水管和气体管的一端，护层液管、纯水管和气体管的另一端分别连接护层液箱、纯水箱和气泵，护层液箱内存放有聚乙烯醇饱和水溶液，纯水箱内存放有去离子水，护层液管和纯水管上均安装有液泵，液泵用于将护层液箱或纯水箱中的液体泵入沉积内腔中，气体管上安装有气体加热器，气体加热器用于对气体管内的气体加热，单元壳体上贴合固定有半导体冷热片，半导体冷热片用于对沉积内腔冷却，电动四通阀、半导体冷热片、气泵和液泵均与控制单元连接，控制单元能控制电动四通阀、气泵和液泵的开闭以及半导体冷热片的运作。

4、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

5、单元壳体的下表面设置有电路板密封垫，引脚护层制备单元按压在电路板上时，电路板密封垫能与电路板密封配合，使沉积内腔与电路板之间形成密封空间。

6、沉积内腔分为连通的上半腔和下半腔，上半腔内设置有柔性密封垫，柔性密封垫的面积大于被沉积内腔容纳的芯片面积，引脚护层制备单元按压在电路板上时，芯片上表面完全与柔性密封垫相贴合，该电路板引脚位于下半腔中。

7、电路板引脚护层制备装置包括设备框架，设备框架包括底层水平架和顶部固定架，顶部固定架位于底层水平架上方，顶部固定架上固定安装有伸缩电机，伸缩电机的伸缩轴与安装板固定连接，伸缩电机能带动安装板上下移动，伸缩电机与控制单元连接，控制单元能控制伸缩电机运作。

8、底层水平架上设置有滑轨、电路板定位架、伸缩气缸、前到位传感器和后到位传感器，电路板定位架滑动安装在滑轨上，电路板能安装在电路板定位架上定位，伸缩气缸固定安装在底层水平架上，伸缩气缸的气缸轴与电路板定位架连接，伸缩气缸能推动电路板定位架沿滑轨滑动，前到位传感器和后到位传感器分别安装在滑轨前端和后端，前到位传感器和后到位传感器与伸缩气缸信号连接，前到位传感器和后到位传感器用于控制伸缩气缸停止运作，伸缩气缸与控制单元信号连接，控制单元能控制伸缩气缸运作，电路板定位架移动到滑轨后端时，电路板上的芯片及与该芯片连接的电路板引脚正好位于对应的引脚护层制备单元下方。

9、护层液箱内设置有液体加热器以及热电偶，液体加热器用于对护层液箱内的聚乙烯醇饱和水溶液加热并保温，热电偶用于监测聚乙烯醇饱和水溶液的温度，液体加热器以及热电偶均与控制单元连接，控制单元能接收热电偶温度信息并控制液体加热器运作。

10、出口管的另一端连接排废桶。

11、护层液管、沉积内腔和出口管内表面均涂覆有聚四氟乙烯涂层或硅油或硅烷涂层。

12、一种电路板引脚护层制备方法，应用上述的电路板引脚护层制备装置，具体方法包括以下步骤：

13、步骤一、根据电路板上的芯片和电路板引脚的分布及尺寸预先制作引脚护层制备单元，将引脚护层制备单元安装在安装板上；

14、步骤二、将电路板放置在电路板定位架上，控制单元控制伸缩气缸将电路板定位架移动到滑轨后端，控制单元再控制伸缩电机将安装板下移，使引脚护层制备单元正好压在电路板上，芯片和电路板引脚均位于沉积内腔中，电路板密封垫与电路板密封配合，柔性密封垫密封芯片上表面；

15、步骤三、控制单元控制纯水箱中的去离子水经纯水管泵入沉积内腔，再经出口管流出，这个过程中，去离子水将沉积内腔中的芯片侧面、电路板引脚以及引脚间电路板进行清洗；

16、步骤四、控制单元停止纯水箱泵水，改为控制护层液箱中的聚乙烯醇饱和水溶液持续、连贯泵入沉积内腔，再经出口管流出，同时半导体冷热片启动，对沉积内腔冷却，聚乙烯醇饱和水溶液在沉积内腔中被均匀降温，导致聚乙烯醇饱和水溶液溶解度降低，聚乙烯醇析出，在芯片侧面、电路板引脚以及引脚间电路板沉积形成薄膜，并随着时间推移逐步增厚；

17、步骤五、经过预定时间后，控制单元停止护层液箱泵聚乙烯醇饱和水溶液，关闭半导体冷热片，改为控制气泵经气体管向沉积内腔泵入空气，同时气体加热器启动，对空气加热，空气将沉积内腔内残留的聚乙烯醇饱和水溶液从出口管挤出，沉积内腔内留存沉积在芯片侧面、电路板引脚以及引脚间电路板的薄膜以及附着在薄膜上的聚乙烯醇残余溶液，空气风干薄膜以及聚乙烯醇残余溶液，使芯片侧面、电路板引脚以及引脚间电路板形成硬质绝缘的电路板引脚护层。

18、步骤四中，聚乙烯醇饱和水溶液中，采用的聚乙烯醇为低分子量聚乙烯醇，半导体冷热片对沉积内腔中的聚乙烯醇饱和水溶液降温梯度为10℃-20℃，聚乙烯醇饱和水溶液在沉积内腔内的流动速度不大于2mm/s，聚乙烯醇沉积形成的薄膜厚度在200μm-500μm之间。

19、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

20、1、本发明通过设置引脚护层制备单元，为芯片及与芯片连接的电路板引脚设置了一个沉积内腔，在沉积内腔中对电路板引脚进行沉积，从而使的电路板引脚护层的范围局限在电路板引脚周围，保证护层处在预定位置。

21、2、本发明提供了一种全新的制备电路板引脚护层的方法，先向沉积内腔中引入去离子水清洗电路板引脚，然后引入较高温度的聚乙烯醇饱和水溶液，通过降温的方式使聚乙烯醇析出，并沉积在芯片侧面、电路板引脚以及引脚间电路板上，当沉积的薄膜厚度达到预定范围时，再引入高温干燥空气，使聚乙烯醇薄膜干燥变硬，形成硬质绝缘的电路板引脚护层，这种方法可以快速的在电路板引脚处沉积得到聚乙烯醇薄膜，效率很高，且厚度可以通过输入的聚乙烯醇饱和水溶液的浓度、沉积时间、降温梯度等方式调控，进而在电路板引脚预定位置制备出预定厚度且无气泡掺杂的电路板引脚护层。

22、3、电路板引脚为s形结构，其中部具有上下表面，聚乙烯醇饱和水溶液不流动沉积时，聚乙烯醇析出后会下落，导致电路板引脚上表面可以获得更多聚乙烯醇沉积，电路板引脚下表面则较少获得聚乙烯醇沉积，而电路板引脚之间的电路板则可以获得最多的沉积物，这导致电路板引脚护层沉积不均匀，为缓解该情况，本发明采用的方法是在沉积过程中，聚乙烯醇饱和水溶液持续、连贯流过沉积内腔，使电路板引脚上表面、下表面和电路板较为均匀的与水流接触，进而使电路板引脚上表面、下表面和电路板获得较为均匀的聚乙烯醇沉积，很好的缓解电路板引脚沉积不均匀的问题。

23、4、本发明制备电路板引脚护层，可以有效降低相邻引脚之间短路风险，防止电路板引脚被腐蚀，有效提高引脚抗震能力，同时对电路板散热影响不大。