CN105149808B - 一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，包括自上而下竖直依次设置的送丝装置、切丝装置和加热冷却装置，送丝装置包括钎料丝丝盘、送丝辊、定位装置和钎料丝长度控制装置，切丝装置包括刀片和衬板，衬板上设有往复驱动机构，刀片安装在往复驱动机构上，加热冷却装置包括设置有加热部分和冷却部分的加热冷却管，利用本装置加工钎焊球的方法包括加热、送丝、切丝、球化、清洗、干燥和检验等步骤。本发明通过钎焊丝长度控制装置对切丝长度进行精确测量以及切丝装置的精确切割，以控制钎焊球的直径大小，并能够保证加工出来的钎焊球尺寸更加均匀，满足高密度组装技术的要求，并且具有更高的自动化程度，加工效率较高。

Description

一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及微电子用材料的加工设备技术领域，尤其是用于球栅阵列封装的可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置及加工方法。

背景技术

目前，随着电子产品向便携式、小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展，对电子组装技术提出了更高的要求，新的高密度组装技术不断涌现，其中球栅阵列封装(BGA:Ball Grid Array)就是一项已经成熟化使用的高密度组装技术，在这些封装技术中，钎焊球是电子封装的关键材料；国外对钎焊球的研究比较成熟，已经可以生产各种规格的钎焊球，满足电子封装的需要，但国内研究很少，中国上海的蒋屹申请了专利《一种低银焊球的制造方法》(9511332.2)，该专利仅仅适用于大功率管散热片焊接的低银焊球的制造，且采用切丝烧结方法生产；北京张道光申请了电子封装用焊球的制造方法，该专利是通过线材的熔融，依靠重力脱落而生成焊球，该方法焊球大小难以精确控制，且焊球尺寸一般较大，不满足高密度组装技术的要求，导致我国钎焊球需求依赖进口，增加了我国电子产品的生产成本，严重制约着我国芯片制造业的发展。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置及加工方法，该装置利用一套异步送丝和切丝机构来精密控制切丝长度进而而控制钎焊球大小，并采用球化剂熔化和冷却的方法生产钎焊球，产品球化效果好，加工工艺简单，操作方便，焊球大小容易精确控制，可以获得尺寸较小、尺寸均匀的钎焊球。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，包括自上而下竖直依次设置的送丝装置、切丝装置以及加热冷却装置，其中，送丝装置包括钎料丝丝盘、送丝辊以及定位装置，送丝辊将钎料丝丝盘上的钎料丝拉出，并穿过定位装置，以保证钎料丝的送丝方向为竖直向下，切丝装置包括刀片和衬板，衬板上设有往复驱动机构，刀片安装在往复驱动机构上，其特征在于：所述的送丝装置中设有钎料丝长度控制装置，由用于控制送丝速度的滚轮装置以及长度测量装置组成，滚轮装置为上下设置的两个滚轮组，上方的滚轮组由动力机构控制其转动，每个滚轮组均由滚动面相对设置的两个滚轮组成，两个滚轮的滚动面之间形成钎料丝通过的间隙，并且两个滚轮组中的间隙在同一竖直线上，所述的长度测量装置包括安装在衬板上表面的智能控制面板以及安装在衬板下表面的长度传感器，长度传感器和智能控制面板连接，由智能控制面板设置钎料丝切割的长度，长度传感器测量露出衬板的钎料丝长度后，并发射无线信号控制送丝装置与切丝装置的开启或关闭。

所述的往复切割机构设置在衬板的下表面，包括步进电机、齿轮组以及齿条，其中齿轮组由两个相啮合的大齿轮以及分别和大齿轮啮合的小齿轮组成，并且每个小齿轮在和大齿轮啮合的同时与一根齿条啮合，所述的刀片安装在齿条的一端，步进电机驱动其中一个大齿轮连转动，并由另一个大齿轮、小齿轮以及齿条的传动，带动刀片往复移动，将露出衬板的钎料丝切割成钎料丝段。

所述的加热冷却装置包括位于刀片和钎料丝接触点正下方的加热冷却管，管内充满球化剂，加热冷却管的上端设置入口槽，下端和钎料球槽相连，加热冷却管分为熔化部分和冷却部分，熔化部分的外周安装有两个距离可调整的加热环，钎料丝段的熔化时间与加热环的距离成正比，冷却部分设置有上下两个卸料阀门；两个加热环与温度控制仪相连，连接在温度控制仪上的热电偶的端部接在熔化部分的管体内。

所述的收集装置和加热冷却管上的卸料口连接。

所述的动力机构由驱动装置和减速器组成。

所述的滚轮转动面为波纹面。

所述的滚轮转动面上设置引导钎料丝进入切丝装置的沟槽，并且沟槽的宽度大于钎料丝直径，沟槽深度不大于钎料丝直径的1/3；另外，沟槽可以设置多道，对应的钎料丝可以采用对盘，以提高切割效率。

所述的定位装置入口端的宽度大于出口端的宽度。

所述的钎料丝丝盘和定位装置分别设置为多个。

利用上述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置进行钎焊球加工的方法，包括如下步骤：

步骤一、加热：开启加热环以及温度控制仪，使球化剂温度高于钎料丝熔点100-150℃；

步骤二、送丝：转动送丝辊将钎料丝丝盘的钎料丝拉出，钎料丝通过定位装置确定位置后，沿竖直方向向下移动进入滚轮装置，由动力机构带动滚轮转动，将钎料丝向下推入切丝装置，并且由长度测量装置测得钎料丝露出衬板的长度，即钎料丝进入切丝装置的进丝量；

步骤三、切丝：在长度测量装置测得进丝量达到智能控制面板的设定值后，由长度传感器发出信号，控制送丝装置停止送丝，并启动步进电机，带动齿轮组驱动齿条以及齿条上的刀片往复移动将露出衬板的钎料丝切成待球化的钎料丝段；

步骤四、球化：步骤三所得的钎料丝段落入下方的加热冷却装置进行球化，球化时，需要关闭两个卸料阀门，在球化后，打开上方的卸料阀门，在冷却部分管体内的钎焊球以及部分球化剂落下后，关闭上方的卸料阀门，再打开下方的卸料阀门，将钎焊球以及部分球化剂放出至钎料球槽中；

步骤五、清洗钎料球槽内的钎焊球并进行干燥处理；

步骤六、将步骤五干燥后得到的钎焊球进行检验，合格后包装入库。

在上述加工方法中，所使用的钎料丝直径为0.1~0.5mm。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明在送丝装置中设置钎料丝长度控制装置，一方面，通过动力机构控制滚轮的转速，进而控制钎料丝的移动速度，便于长度测量装置对切丝长度进行精确测量以及切丝装置的精确切割，以控制钎焊球的直径大小，由切丝长度控制钎焊球直径的原因在于，钎焊球直径d与钎料丝直径D以及切丝长度L有关，具体关系如下：，由此也可以看出，钎料丝直径越小，钎焊球直径精度越好控制，经过多次试验发现，钎料丝直径在0.1~0.5mm最好，而且，要求切丝长度和钎料丝直径的精度控制在±0.01mm；另一方面，通过长度测量装置中的智能控制面板对切丝长度进行设定，并由长度传感器测量露出衬板的钎料丝长度，即实际的切丝长度，并发送相应的信号控制送丝装置和切丝装置的开启或关闭，使得送丝装置和切丝装置的自动化程度大大提高，并能保证钎料丝切丝长度能够达到上述误差要求，使得加工出来的钎焊球直径更加均匀。

2、本发明中定位装置的设置，定位装置的入口端宽度大于出口端宽度，用于对所述钎料丝进行导向和定位，使得钎料丝在送丝过程中在固定位置保持竖直向下的直线运动。

3、本发明送丝装置中滚轮的滚动面设置沟槽，可以保证钎料丝呈直线精确地送入切丝装置。

4、本发明还可以使用多个钎料丝线盘和定位装置与一套送丝装置、一套切丝装置以及一套收集装置配合，从而轻易实现多丝切割。

5、本发明解决了目前钎焊球生产大小难以精确控制，且焊球尺寸较大，不满足高密度组装技术的要求的问题，并由于自动化程度的提高，解决了钎焊球设备技术落后的问题。

附图说明

图1是本发明中钎焊球加工装置的结构原理示意图。

图2是本发明中刀片的工作原理示意图。

图中标记：1-钎料丝丝盘；2-减速器；3-驱动装置；4-长度测量装置；5-刀片；6-入口槽；7-加热环；8-加热冷却管；9-钎料球槽；10-送丝辊；11-定位装置；12-钎料丝；13-滚轮装置；14-衬板；15-钎料丝段；16-热电偶；17-温度控制仪；18-卸料阀门；19-齿条；20-小齿轮；21-步进电机转轴；22-大齿轮。

具体实施方式

下面将结合附图，通过具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1

一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，包括自上而下依次设置的送丝装置、切丝装置以及加热冷却装置，钎料丝12经送丝装置到达切丝装置，由切丝装置中的刀片5将其切断后，切掉的钎料丝段15落入切丝装置下方的加热冷却装置中，经加热熔化后再球化冷却，形成钎焊球，并最终落入钎料球槽9中。

所述送丝装置包括钎料丝丝盘1、送丝辊10、定位装置11以及钎料丝长度控制装置，并且，送丝辊10、定位装置11以及钎料丝长度控制装置为自上而下依次设置的，送丝辊10将钎料丝丝盘1上的钎料丝12拉出，并通过定位装置11，保证钎料丝12的前进方向为竖直向下，钎料丝长度控制装置由动力装置控制的滚轮装置13以及长度测量装置4组成，滚轮装置13为上下设置的两组滚轮，每组滚轮由两个相对转动的滚轮组成，并且，上方的滚轮组由驱动装置3经减速器2控制其转动，所述长度测量装置4设置在滚轮装置13下方，可以精确测量出进入切丝装置的进丝量。

所述的切丝装置包括刀片5和安装刀片5的衬板14，衬板14上设有供钎料丝12穿过的通道，刀片5设置在该通道的两侧，并安装在往复驱动机构上，往复驱动机构包括步进电机（图中未画出）、齿轮组以及齿条19，其中齿轮组由两个相啮合的大齿轮22以及分别和大齿轮22啮合的小齿轮20组成，并且每个小齿轮20在和大齿轮22啮合的同时与一根齿条19啮合，所述的刀片5安装在齿条19的一端，步进电机的转轴与其中一个大齿轮22连接后，驱动其转动，并经过另一个大齿轮22以及小齿轮20、齿条19的传动，带动刀片5往复移动，对露出衬板14的钎料丝12进行切割。

所述的加热冷却装置包括一根直立的加热冷却管8，加热冷却管8位于刀片5和钎料丝12接触点的正下方，管内充满球化剂，该加热冷却管8的上端设置入口槽6，用于使切掉的钎料丝15进入加热冷却装置，其下端和钎焊球槽9相连通，在加热冷却管8包括上部的熔化部分和下部的冷却部分，在熔化部分，套设两个平行的加热环7，并且，加热环7之间的距离可以根据需要进行调整，切割下的钎料丝段15的熔化时间与加热环7的距离成正比，加热环7和温度控制仪17连接，热电偶16的一端连接在熔化部分的管体内，另一端连接温度控制仪17，冷却部分在加热环7的下方，冷却部分的管体设置上下两个卸料阀门18。

其中，所述的长度测量装置4由位于衬板14上表面的智能控制面板以及衬板14下表面的长度传感器组成，当送丝长度达到智能控制面板的设定值，长度传感器发出信号，送丝装置停止，切丝装置启动。

并且，该长度传感器为市售的长度传感器，也可以采用汽车倒车雷达的装置进行距离的感应与测量。

利用该装置进行d=0.5mm的钎焊球加工，钎料丝选用锡铅钎料丝，其方法包括如下步骤：

步骤一：开启加热环7以及温度控制仪17，使球化剂温度高出钎料丝熔点100-150℃；

步骤二、送丝：钎料丝丝盘1上的钎料丝12直径D为0.3mm，送丝辊10转动将钎料丝丝盘1的钎料丝12拉出，钎料丝12通过定位装置11确定位置后，沿竖直方向向下移动进入滚轮装置13，由驱动装置3与减速器2配合带动滚轮转动，将钎料丝12向下推入切丝装置，并且由长度测量装置4测得钎料丝12露出衬板14的长度，即钎料丝12进入切丝装置的进丝量为0.926mm；

步骤三、切丝：在长度测量装置4测得进丝量达到智能控制面板的设定值后，长度传感器发出信号，送丝装置停止送丝，并启动步进电机，带动齿轮组驱动齿条19以及齿条19上的刀片5往复移动将露出衬板14的钎料丝12切成待球化的钎料丝段15；

步骤四、球化：步骤三所得的钎料丝段15落入下方的加热冷却装置进行球化，球化时，需要关闭两个卸料阀门18，在球化后，打开上方的卸料阀门18，在冷却部分管体内的钎焊球以及部分球化剂落下后，关闭上方的卸料阀门18，再打开下方的卸料阀门18，将钎焊球以及部分球化剂放出至钎料球槽9中；

步骤五、清洗钎料球槽9内的钎焊球并干燥；

步骤六、将干燥后得到的钎焊球进行检验，并包装并入库。

实施例2

一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，在实施例1的基础上，所述的滚轮表面为波纹面。

实施例3

一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，在实施例1的基础上，定位装置11入口端的宽度大于出口端的宽度。

实施例4

一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，在实施例1的基础上，所述的切丝装置可以利用其它驱动机构使刀片5左右往复移动进行切割钎料丝。

实施例5

利用本发明的装置进行钎焊球加工的方法，在实施例1的基础上，所选用的钎料丝直径D=0.5mm，切丝长度L=1.171mm，制取d=0.76mm的钎焊球。

实施例6

利用本发明的装置进行钎焊球加工的方法，在实施例1的基础上，所选用的钎料丝直径D=0.1mm，切丝长度L=0.067mm，制取d=0.1mm钎焊球。

实施例7

一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，在实施例1的基础上，切丝装置中的两片刀片5改为相对设置的一片刀片和一块砧板。

实施例8

一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，在实施例1的基础上，所述的钎料丝丝盘1和定位装置11分别设置为多个，并配合一套送丝装置、一套切丝装置和一套收集装置，可以轻易实现多丝切割，并进一步的，在滚轮装置的滚轮上设置多条沟槽，以进一步提高加工效率。

总的来说，本发明提供了一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置及加工方法，由于本发明采用了钎料丝长度控制装置，焊球大小容易精确控制，可以获得尺寸较小的钎焊球，加工工艺简单，操作方便。并且，本装置稍做改进可实现多丝批量化生产，降低了生产成本，增强我国电子产品的市场竞争力。

Claims (10)

1.一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，包括自上而下竖直依次设置的送丝装置、切丝装置以及加热冷却装置，其中，送丝装置包括钎料丝丝盘（1）、送丝辊（10）以及定位装置（11），送丝辊（10）将钎料丝丝盘（1）上的钎料丝（12）拉出，并穿过定位装置（11），以保证钎料丝（12）的送丝方向为竖直向下，切丝装置包括刀片（5）和衬板（14），衬板（14）上设有往复驱动机构，刀片（5）安装在往复驱动机构上，其特征在于：所述的送丝装置中设有钎料丝长度控制装置，由用于控制送丝速度的滚轮装置（13）以及长度测量装置（4）组成，滚轮装置（13）为上下设置的两个滚轮组，上方的滚轮组由动力机构控制其转动，每个滚轮组均由滚动面相对设置的两个滚轮组成，两个滚轮的滚动面之间形成钎料丝（12）通过的间隙，并且两个滚轮组中的间隙在同一竖直线上，所述的长度测量装置（4）包括安装在衬板（14）上表面的智能控制面板以及安装在衬板（14）下表面的长度传感器，长度传感器和智能控制面板连接，由智能控制面板设置钎料丝（12）切割的长度，长度传感器测量露出衬板（14）的钎料丝（12）长度后，并发射无线信号控制送丝装置与切丝装置的开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，其特征在于：所述的往复驱动机构设置在衬板的下表面，包括步进电机、齿轮组以及齿条（19），其中齿轮组由两个相啮合的大齿轮（22）以及分别和大齿轮（22）啮合的小齿轮（20）组成，并且每个小齿轮（20）在和大齿轮（22）啮合的同时与一根齿条（19）啮合，所述的刀片（5）安装在齿条（19）的一端，步进电机驱动其中一个大齿轮（22）转动，并由另一个大齿轮（22）、小齿轮（20）以及齿条（19）进行动力的传动，带动刀片（5）往复移动，将露出衬板（14）的钎料丝（12）切割成待球化的钎料丝段（15）。

3.根据权利要求2所述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，其特征在于：所述的加热冷却装置包括位于刀片（5）和钎料丝（12）接触点正下方的加热冷却管（8），管内充满球化剂，加热冷却管（8）的上端设置入口槽（6），下端和钎料球槽（9）相连，加热冷却管（8）分为熔化部分和冷却部分，熔化部分的外周安装有两个距离可调整的加热环（7），钎料丝段（15）的熔化时间与加热环（7）的距离成正比，冷却部分设置有上下两个卸料阀门（18）；两个加热环（7）与温度控制仪（17）相连，连接在温度控制仪（17）上的热电偶（16）的端部接在熔化部分的管体内。

4.根据权利要求1所述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，其特征在于：所述的动力机构由驱动装置（3）和减速器（2）组成。

5.根据权利要求1所述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，其特征在于：所述滚轮的转动面为波纹面。

6.根据权利要求1所述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，其特征在于：所述滚轮的转动面上设置引导钎料丝（12）进入切丝装置的沟槽，并且沟槽的宽度大于钎料丝（12）直径，沟槽的深度不大于钎料丝直径的1/3。

7.根据权利要求1所述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，其特征在于：所述的定位装置（11）入口端的宽度大于出口端的宽度。

8.根据权利要求1所述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置，其特征在于：所述的钎料丝丝盘（1）和定位装置（11）分别设置为多个。

9.利用权利要求3所述的一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置进行钎焊球加工的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、加热：开启加热环（7）以及温度控制仪（17），使球化剂温度高于钎料丝（12）熔点100-150℃；

步骤二、送丝：转动送丝辊（10）将钎料丝丝盘（1）的钎料丝（12）拉出，钎料丝（12）通过定位装置（11）确定位置后，沿竖直方向向下移动进入滚轮装置（13），由动力机构带动滚轮转动，将钎料丝（12）向下推入切丝装置，并且由长度测量装置（4）测得钎料丝（12）露出衬板（14）的长度，即钎料丝（12）进入切丝装置的进丝量；

步骤三、切丝：在长度测量装置（4）测得进丝量达到智能控制面板的设定值后，由长度传感器发出信号，控制送丝装置停止送丝，并启动步进电机，带动齿轮组驱动齿条（19）以及齿条（19）上的刀片（5）往复移动将露出衬板（14）的钎料丝（12）切成待球化的钎料丝段（15）；

步骤四、球化：步骤三所得的钎料丝段（15）落入下方的加热冷却装置进行球化，球化时，需要关闭两个卸料阀门（18），在球化后，打开上方的卸料阀门（18），在冷却部分管体内的钎焊球以及部分球化剂落下后，关闭上方的卸料阀门（18），再打开下方的卸料阀门（18），将钎焊球以及部分球化剂放出至钎料球槽（9）中；

步骤五、清洗钎料球槽（9）内的钎焊球并进行干燥处理；

步骤六、将步骤五干燥后得到的钎焊球进行检验，合格后包装入库。

10.根据权利要求9所述的钎焊球加工的方法，其特征在于：所用的钎料丝（12）直径为0.1~0.5mm。