一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法技术

本发明专利技术公开了一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法，该制球机包括：制球系统、多场耦合系统、气路系统、震动系统及自动控制系统；制球系统用于将固态焊料熔融为液态焊料，并提供液态焊料下落的出口；多场耦合系统用于提供偏压和磁力，加速液态焊料在制球系统出口处的分离；震动系统用于对液态焊料产生激振动力，液态焊料在激振动力作用下，以熔融液滴排出；气路系统用于提供加压气体及冷却气体，加速液态焊料在制球系统出口处的分离及提高熔融液滴的真圆度，形成焊球；本发明专利技术通过采用多场耦合与激振动力实现BGA焊球的制备，具有成球率高、表面缺陷小，焊球真圆度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法
本专利技术属于装备制造
，具体涉及一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法。
技术介绍
BGA(ballgradarray)焊球是球径0.10～0.80mm的高纯锡基合金球，广泛用于芯片封装。随着5G及物联网时代到来，对芯片需求且呈增长趋势。目前国内尚没有成熟的芯片封装的自主研发生产线。在高纯锡基合金球制备方式中，上海蒋申公开了《一种低银球的制造方法》(9511332.2)采用的切丝方法，这依靠重力下落模式制备出焊球，这种焊球大小很难容易控制。河南科技大学闫焉服教授公开了专利《一种震动喷射式高密封装用钎焊球的加工设备及工艺方法》(CN200510130406.2)中叙述了采用偏心轮旋转模式进行震动，产生振动波，产生小球，这种方式震动频率小，成球缩颈分离困难，从而造成成球速率小，真圆度低。同时也公开了专利《一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置及加工方法》(CN105149808A)中叙述了采用切丝重溶，球化液方式制备焊球，造成焊球表面有微量有机物，影响了后续的焊接性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法，能够克服现有焊球制备中成球率低、表面缺陷大，焊球真圆度差的问题，通过采用多场耦合与激振动力实现BGA焊球的制备，具有成球率高、表面缺陷小，焊球真圆度高的特点。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，包括：制球系统、多场耦合系统、气路系统、震动系统及自动控制系统；所述制球系统用于将固态焊料熔融为液态焊料，并提供液态焊料下落的出口；所述多场耦合系统用于提供偏压和磁力，加速液态焊料在制球系统出口处的分离；其中，所述多场耦合系统包括：偏压静电互斥模块和磁极翻转模块；所述偏压静电互斥模块用于在所述制球系统出口处产生偏压；所述磁极翻转模块用于在所述制球系统出口处产生磁场；所述震动系统用于对所述液态焊料产生激振动力，所述液态焊料在所述激振动力作用下，以熔融液滴排出；所述气路系统用于提供加压气体及冷却气体，加速液态焊料在制球系统出口处的分离及提高熔融液滴的真圆度，形成焊球；所述自动控制系统用于实现对制球系统、多场耦合系统、震动系统及气路系统进行电气控制。进一步的，还包括：自动筛分与回收系统、等离子体集槽器及机架；所述机架位于制球系统下方；所述自动筛分与回收系统和等离子体集槽器均安装在机架内；所述自动筛分与回收系统位于制球系统下方，用于对排出的焊球按球径大小进行筛分；所述等离子体集槽器位于自动筛分与回收系统下方，用于对焊球进行清洗和收集。进一步的，所述气路系统包括：气源、加压气路及回旋冷却气路；所述气源采用惰性气体；所述加压气路的一端与所述气源相通，另一端与所述制球腔室的内腔相通，用于给制球腔室的内腔加压；所述回旋冷却气路的一端与所述气源相通，另一端的出口为多头出口，位于所述焊球出口的下方；所述回旋冷却气路用于提供冷却气体，并吹拂下落的熔融液滴，该熔融液滴在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成圆形的焊球，并落入到自动筛分与回收系统；所述加压气路和回旋冷却气路的管路上均设有质量流量控制器、气压测量单元、气压控制单元及压力调节阀；所述质量流量控制器用于控制惰性气体的进气量，所述气压测量单元用于测量所述管路内的气压，所述压力调节阀用于调节管路出口处的工作气压，所述气压控制单元用于根据测量得到的气压控制压力调节阀工作，使得管路出口处的工作气压达到恒定状态。进一步的，所述自动筛分与回收系统包括筛分单元和回收单元；令所需焊球的球径范围为[A,B]；所述筛分单元采用两层筛分结构，第一层筛分结构用于将从制球系统落下的球径大于B的焊球筛分出来，即球径小于或等于B的焊球进入到第二层筛分结构内，球径大于B的焊球进入到回收单元内；所述第二层筛分结构用于将从制球系统落下的球径小于A的焊球筛分出来，即球径小于A的焊球进入到回收单元内，球径大于或等于A且小于或等于B的焊球进入到等离子体集槽器内；所述回收单元用于将球径小于A或大于B的焊球回收传送到制球系统内。进一步的，所述等离子体集槽器内设有等离子体发生器，所述等离子体发生器包括：电源、Cu线圈、等离子体气路及真空泵；所述真空泵用于使得等离子体发生器内部形成负压；所述等离子体气路的一端与所述气路系统的气源相通，另一端的出口位于Cu线圈内，用于给等离子体发生器充入惰性气体；所述Cu线圈的两端分别与所述电源的两端连接；当Cu线圈与电源接通时，所述Cu线圈产生高频感应电场使处于负压状态下的惰性气体放电，产生等离子体。进一步的，所述制球系统包括：制球腔室、加热组件及焊球喷嘴；所述制球腔室为两端封闭的筒体，所述筒体的顶部加工有入口，底部加工有出口，且所述出口沿竖直方向向下设置；所述制球腔室内装有固态焊料；所述加热组件用于对制球腔室内的固态焊料进行加热使其熔融为液态焊料；所述焊球喷嘴安装在制球腔室的出口处；且焊球喷嘴沿竖直方向设置，焊球喷嘴的底部加工有两个以上孔径为0.15～0.75mm的焊球出口；所述液态焊料在所述焊球出口处凸起，形成突出点。进一步的，所述多场耦合系统包括：偏压静电互斥模块和磁极翻转模块；所述偏压静电互斥模块包括：偏压电极和偏压电源；所述偏压电源的两端分别与偏压电极及所述焊球喷嘴的外表面连接，所述偏压电源采用直流电源，用于给制球系统提供偏压；所述偏压电极位于所述制球系统出口下方一侧，所述偏压电极与所述制球系统出口处之间产生偏压；所述磁极翻转模块包括：电磁线圈和翻转电源；所述翻转电源的两端分别与电磁线圈的两端连接，所述电磁线圈位于所述制球系统出口下方另一侧，使得所述制球系统出口处产生磁场；所述翻转电源采用交流电源，用于使得制球系统出口处的磁场产生翻转。进一步的，所述震动系统包括：振子、震动杆及振动电源；所述震动杆沿竖直方向安装在制球腔室内，所述振子采用压电陶瓷片，所述振子安装在震动杆的中部，并与所述振动电源连接；所述震动系统用于给制球腔室内的固态焊料和液态焊料提供激振动力，使得所述突出点下落成梨形的熔融液滴。进一步的，所述制球腔室内设有隔板，将所述制球腔室的内腔分成上层内腔和下层内腔，且所述隔板上加工有过液孔；所述筒体的上层内腔内均填充有固态焊料；当固态焊料熔融为液态焊料后，所述液态焊料通过隔板的过液孔进入到筒体的下层内腔内；所述加热组件包括：加热线圈、保温线圈和PID控制器；所述加热线圈绕装在制球腔室的上层内腔外部，当所述加热线圈与外部的加热电源接通时，所述加热线圈发热，并对制球腔室内的固态焊料进行加热，使固态焊料融化为液态焊料；所述保温线圈绕装在制球腔室的下层内腔外部，当所述保温线圈与外部的保温电源接通时，所述保温线圈发热，并对制球腔室内的液态焊料进行保温；所述PID控制器用于对制球腔室的下层内腔的液态焊料进行自动测温，并根据测温结果对保温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，包括：制球系统(4)、多场耦合系统(1)、气路系统(2)、震动系统(3)及自动控制系统(7)；/n所述制球系统(4)用于将固态焊料熔融为液态焊料，并提供液态焊料下落的出口；/n所述多场耦合系统(1)用于提供偏压和磁力，加速液态焊料在制球系统(4)出口处的分离；其中，所述多场耦合系统(1)包括：偏压静电互斥模块(102)和磁极翻转模块(103)；所述偏压静电互斥模块(102)用于在所述制球系统(4)出口处产生偏压；所述磁极翻转模块(103)用于在所述制球系统(4)出口处产生磁场；/n所述震动系统(3)用于对所述液态焊料产生激振动力，所述液态焊料在所述激振动力作用下，以熔融液滴(13)排出；/n所述气路系统(2)用于提供加压气体及冷却气体，加速液态焊料在制球系统(4)出口处的分离及提高熔融液滴(13)的真圆度，形成焊球(14)；/n所述自动控制系统(7)用于实现对制球系统(4)、多场耦合系统(1)、震动系统(3)及气路系统(2)进行电气控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，包括：制球系统(4)、多场耦合系统(1)、气路系统(2)、震动系统(3)及自动控制系统(7)；
所述制球系统(4)用于将固态焊料熔融为液态焊料，并提供液态焊料下落的出口；
所述多场耦合系统(1)用于提供偏压和磁力，加速液态焊料在制球系统(4)出口处的分离；其中，所述多场耦合系统(1)包括：偏压静电互斥模块(102)和磁极翻转模块(103)；所述偏压静电互斥模块(102)用于在所述制球系统(4)出口处产生偏压；所述磁极翻转模块(103)用于在所述制球系统(4)出口处产生磁场；
所述震动系统(3)用于对所述液态焊料产生激振动力，所述液态焊料在所述激振动力作用下，以熔融液滴(13)排出；
所述气路系统(2)用于提供加压气体及冷却气体，加速液态焊料在制球系统(4)出口处的分离及提高熔融液滴(13)的真圆度，形成焊球(14)；
所述自动控制系统(7)用于实现对制球系统(4)、多场耦合系统(1)、震动系统(3)及气路系统(2)进行电气控制。


2.如权利要求1所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，还包括：自动筛分与回收系统(5)、等离子体集槽器(6)及机架(8)；
所述机架(8)位于制球系统(4)下方；
所述自动筛分与回收系统(5)和等离子体集槽器(6)均安装在机架(8)内；
所述自动筛分与回收系统(5)位于制球系统(4)下方，用于对排出的焊球(14)按球径大小进行筛分；
所述等离子体集槽器(6)位于自动筛分与回收系统(5)下方，用于对焊球(14)进行清洗和收集。


3.如权利要求2所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述气路系统(2)包括：气源、加压气路(201)及回旋冷却气路(202)；所述气源采用惰性气体；所述加压气路(201)的一端与所述气源相通，另一端与所述制球腔室(401)的内腔相通，用于给制球腔室(401)的内腔加压；所述回旋冷却气路(202)的一端与所述气源相通，另一端的出口为多头出口，位于所述焊球出口(11)的下方；所述回旋冷却气路(202)用于提供冷却气体，并吹拂下落的熔融液滴(13)，该熔融液滴(13)在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成圆形的焊球(14)，并落入到自动筛分与回收系统(5)；
所述加压气路(201)和回旋冷却气路(202)的管路上均设有质量流量控制器、气压测量单元、气压控制单元及压力调节阀；所述质量流量控制器用于控制惰性气体的进气量，所述气压测量单元用于测量所述管路内的气压，所述压力调节阀用于调节管路出口处的工作气压，所述气压控制单元用于根据测量得到的气压控制压力调节阀工作，使得管路出口处的工作气压达到恒定状态。


4.如权利要求2所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述自动筛分与回收系统(5)包括筛分单元(501)和回收单元(502)；令所需焊球的球径范围为[A,B]；所述筛分单元(501)采用两层筛分结构，第一层筛分结构用于将从制球系统(4)落下的球径大于B的焊球(14)筛分出来，即球径小于或等于B的焊球(14)进入到第二层筛分结构内，球径大于B的焊球(14)进入到回收单元(502)内；所述第二层筛分结构用于将从制球系统(4)落下的球径小于A的焊球(14)筛分出来，即球径小于A的焊球(14)进入到回收单元(502)内，球径大于或等于A且小于或等于B的焊球(14)进入到等离子体集槽器(6)内；所述回收单元(502)用于将球径小于A或大于B的焊球(14)回收传送到制球系统(4)内。


5.如权利要求2所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述等离子体集槽器(6)内设有等离子体发生器，所述等离子体发生器包括：电源、Cu线圈、等离子体气路及真空泵；所述真空泵用于使得等离子体发生器内部形成负压；所述等离子体气路的一端与所述气路系统(2)的气源相通，另一端的出口位于Cu线圈内，用于给等离子体发生器充入惰性气体；所述Cu线圈的两端分别与所述电源的两端连接；当Cu线圈与电源接通时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志廷，马壮，高丽红，王立冬，唐坤，高亚影，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11