CN100484669C - 微小钎料合金焊球的制作装置 - Google Patents
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Abstract
微小钎料合金焊球的制作装置，它涉及一种电子封装工业用合金焊球的制作装置，为了解决现有焊球制作装置设备庞大、结构复杂、制作成本高以及现有焊球制作工艺的工序繁杂、效率低、制作出的焊球精度低的问题。本发明装置的气体供给装置的气体输出端分别连接压力控制器的输入端和气体保护装置的顶端，升降工作平台设置在气体保护装置下部并可以上下移动，冷却凝固装置安装在气体保护装置内的升降工作平台上。本发明的装置具有结构简单、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子封装工业用合金焊球的制作装置。
背景技术
球栅阵列(BGA)，倒装芯片(Flip Chip)的发展对焊球产生了巨大的需要。目前生产焊球的方法主要有水、气雾化法、离心雾化法、切丝重熔法以及均匀液滴成型法等。前三种方法由于生产出的焊球尺寸比较分散且真圆度不高，需要经过多次筛选及检验才能得到满足需要的焊球；切丝重熔法由于繁杂的工序，较低的效率及精确度，在实际应用中均受到限制。均匀液滴成形法由于制成的焊球尺寸均匀、表面质量好，球形度高，在生产中得到广泛的应用，它分为机械振动法、压电振动法、电场雾化法，然而这些方法都存在设备庞大、机构复杂、成本高等缺点。
发明内容
为了解决现有焊球制作装置设备庞大、结构复杂、制作成本高以及现有焊球制作工艺的工序繁杂、效率低、制作出的焊球精度低的问题，本发明提供了一种微小钎料合金焊球的制作装置。
本发明的微小钎料合金焊球的制作装置由气体供给装置、压力控制器、液滴生成器、气体保护装置、升降工作平台和冷却凝固装置组成，所述的气体供给装置的气体输出端分别连接压力控制器的输入端和气体保护装置的顶端，压力控制器的输出端连接液滴生成器的入口端，液滴生成器通过螺钉固定在气体保护装置的顶部，液滴生成器的中心部分与气体保护装置的内部连通，所述的升降工作平台设置在气体保护装置下部并可以上下移动，冷却凝固装置安装在气体保护装置内的升降工作平台上，冷却凝固装置的上开口与液滴生成器中心部分相对。
本发明的微小钎料合金焊球的制作方法由下列步骤完成：
步骤一：固态的钎料加入到液滴生成器的不锈钢坩埚内，紧固顶盖；
步骤二：选择喷嘴类型并紧固压盖，气体保护装置内排空空气并充满氩气或者氮气；
步骤三：在氩气或者氮气的保护气氛下，设置加热温度，加热钎料至熔化；
步骤四：熔化后的钎料形成钎料熔滴，设置喷嘴的喷射压力，通过喷嘴喷射钎料熔滴至冷却凝固装置中；
步骤五：下落的钎料熔滴在氩气或氮气中完全球形化，然后再进入装有25℃的丙三醇的冷却凝固装置内成型，形成焊球；或者钎料熔滴进入冷却凝固装置后一半在气体中，一半在丙三醇中球化，形成焊球；
步骤六：制备的焊球先用清水清洗、然后再以丙酮作为清洗介质在超声槽里清洗5～10分钟，取出后用50～80℃热氮气烘干，最后采用真空密封包装。
本发明的微小钎料合金焊球的制作装置采用喷嘴缩径强迫液滴分离技术，使焊球的尺寸均一，并简化了设备的结构、降低了成本；采用喷嘴与不锈钢坩锅的分体设计，既增加了不同尺寸喷嘴选择的灵活性，又方便了堵塞喷嘴的更换，有利于设备的维护。本发明的微小钎料合金焊球的制作方法的工艺参数的调整能够改变制备焊球的尺寸，工艺灵活性好；采用惰性气体进行保护，产品含氧量低，表面光亮，球形度好；采用丙三醇作为冷却介质，有效地降低了熔滴在其中的运动速度，加速了焊球的凝固成型，制备的焊球内部组织细密无缺陷。
附图说明
图1是本发明的微小钎料合金焊球的制作装置的结构示意图，图2是液滴生成器3的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式，本实施方式由气体供给装置1、压力控制器2、液滴生成器3、气体保护装置4、升降工作平台5和冷却凝固装置6组成，所述的气体供给装置1的气体输出端分别连接压力控制器2的输入端和气体保护装置4的顶端，压力控制器2的输出端连接液滴生成器3的入口端，液滴生成器3通过螺钉固定在气体保护装置4的顶部，液滴生成器3的中心部分与气体保护装置4的内部连通，所述的升降工作平台5设置在气体保护装置4下部并可以上下移动，冷却凝固装置6安装在气体保护装置4内的升降工作平台5上，冷却凝固装置6的上开口与液滴生成器3中心部分相对。气体供给装置提供压缩保护气体的气瓶等压力容器，通常采用氩气或者氮气瓶，压力控制器其压力可以以很小的步长连续调节，并且可以保持负压，这样一方面可以灵活准确地调节到所需的压力，另一方面对于采用大直径的喷嘴可以保证金属溶液不会自动外流；气体保护装置的上侧置有液滴生成器，左侧有保护气进口，右侧有单向气流出口，用于提供熔滴成形的保护气氛；冷却凝固装置是装有冷凝液的筒形容器，冷凝液选用室温的丙三醇，由于其粘性大，能够有效地降低熔滴在其中的运动速度，加快熔滴的凝固成型，同时由于冷却速度的加快，焊球的内部组织细密均匀，焊球力学性能优良；升降工作平台5是一个可以升降的平台，冷却凝固装置固定在其上，它用于调整熔滴的下落高度。
具体实施方式二：下面结合图2具体说明本实施方式，本实施方式液滴生成器3由不锈钢坩埚7、套筒8、电热丝9、顶盖10、喷嘴11、压盖12和热电偶13组成，所述的套筒8套在不锈钢坩埚7外侧，套筒8与不锈钢坩埚7之间设置有电热丝9，套筒8通过紧固螺钉固定在气体保护装置4上，顶盖10通过紧固螺钉固定在不锈钢坩埚7与套筒8顶部，顶盖10的上侧有气体流入口，所述顶盖10与不锈钢坩埚7之间通过垫片14密封，不锈钢坩埚7底部设置有喷嘴11，压盖12穿过喷嘴11套在不锈钢坩埚7底部，不锈钢坩埚7的侧壁内置有热电偶13，不锈钢坩锅7的内表面是通过精车和打磨处理，表面光洁度较高，同时在拐角处的过渡采用圆角过渡；喷嘴11的其中一段进行缩径，并且喷嘴11尖端进行磨薄处理，其它组成及连接关系同具体实施方式一。喷嘴与不锈钢坩锅采用分体设计，一方面可以灵活的更换不同直径的喷嘴，制备不同直径的焊球；另一方面还可以解决细小喷嘴容易堵塞的问题，以方便更换；不锈钢坩锅底部出口处采用锥形设计，通过压盖实现喷嘴上部粗管口与不锈钢坩锅出口的紧密结合，防止金属液的泄露。
具体实施方式三：本实施方式由下列步骤完成：
步骤一：固态的钎料加入到液滴生成器3的不锈钢坩埚7内，紧固顶盖10；
步骤二：选择喷嘴11类型并紧固压盖12，气体保护装置4内排空空气并充满氩气或者氮气；采用缩径喷嘴，熔融钎料溶液流经缩径处强迫缩径，根据拉普拉斯定理，曲率半径越小的地方，其由表面张力产生的附加压力就越大；缩径处曲率半径小，产生向下的比较大的附加压力；而曲率半径大的地方附加压力小，这样压力大的地方钎料向压力小的地方流动，加剧了液态钎料柱的断裂，形成尺寸均匀的钎料熔滴；
步骤三：在氩气或者氮气的保护气氛下，设置加热温度，加热钎料至熔化；
步骤四：熔化后的钎料形成钎料熔滴，设置喷嘴11的喷射压力，通过喷嘴11喷射钎料熔滴至冷却凝固装置中；喷射压力可以在0～100KPa内连续小步长调节，也可以保持负压；当喷射压力增加，惯性作用加剧，熔滴与喷嘴分离，焊球尺寸减小；但过大的压力会造成焊球之间的连体以及拉丝，喷嘴直径越大，需要的喷射压力就越小；
步骤五：下落的钎料熔滴在氩气或氮气中完全球形化，然后再进入装有25℃的丙三醇的冷却凝固装置6内成型，形成焊球；或者钎料熔滴进入冷却凝固装置6后一半在气体中，一半在丙三醇中球化，形成焊球；熔滴下落高度可以控制完全在冷却液液面上成形和一半液面下成形；熔滴下落高度越大，熔滴与冷凝液碰撞变形越大，球形度不好，较小的下落高度，焊球成型较好；当下落高度小至焊球部分接触液面，熔滴受冷收缩，加快熔滴脱离喷嘴，能有效地减小焊球尺寸；当喷嘴伸入液面下，熔滴凝固过快，熔滴不能形成球形而会形成肠状；
步骤六：制备的焊球先用清水清洗、然后再以丙酮作为清洗介质在超声槽里清洗5-10分钟，取出后用50～80℃热氮气烘干，最后采用真空密封包装。
Claims (2)
1、微小钎料合金焊球的制作装置，其特征在于它由气体供给装置(1)、压力控制器(2)、液滴生成器(3)、气体保护装置(4)、升降工作平台(5)和冷却凝固装置(6)组成，所述的气体供给装置(1)的气体输出端分别连接压力控制器(2)的输入端和气体保护装置(4)的顶端，压力控制器(2)的输出端连接液滴生成器(3)的入口端，液滴生成器(3)通过螺钉固定在气体保护装置(4)的顶部，液滴生成器(3)的中心部分与气体保护装置(4)的内部连通，所述的升降工作平台(5)设置在气体保护装置(4)下部并可以上下移动，冷却凝固装置(6)安装在升降工作平台(5)上，冷却凝固装置(6)的上开口与液滴生成器(3)中心部分相对。
2、根据权利要求1所述的微小钎料合金焊球的制作装置，其特征在于所述的液滴生成器(3)由不锈钢坩埚(7)、套筒(8)、电热丝(9)、顶盖(10)、喷嘴(11)、压盖(12)和热电偶(13)组成，所述的套筒(8)套在不锈钢坩埚(7)外侧，套筒(8)与不锈钢坩埚(7)之间设置有电热丝(9)，套筒(8)通过紧固螺钉固定在气体保护装置(4)上，顶盖(10)通过紧固螺钉固定在不锈钢坩埚(7)与套筒(8)顶部，顶盖(10)的上侧有气体流入口，所述顶盖(10)与不锈钢坩埚(7)之间通过垫片(14)密封，不锈钢坩埚(7)底部设置有喷嘴(11)，压盖(12)穿过喷嘴(11)套在不锈钢坩埚(7)底部，不锈钢坩埚(7)的侧壁内置有热电偶(13)。
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