CN106684017B - 一种球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置，其特征在于，装置包括与外部动作机构相连的连接杆，以及与连接杆相连的安装座；安装座上还设置有：助焊膏腔、助焊膏装料管、助焊膏压杆以及助焊膏腔压盖，助焊膏装料管插入助焊膏腔设置，用于容纳助焊膏；助焊膏压杆可活动的插入助焊膏装料管设置，助焊膏腔压盖与助焊膏装料管封闭助焊膏腔；锡料腔、锡料装料管、锡熔滴压杆以及锡料腔压盖，锡料装料管插入锡料腔设置，用于容纳锡料；锡熔滴压杆可活动的插入助锡料装料管设置，锡料腔压盖与锡料装料管封闭锡料腔。解决了现有技术存在球栅阵列封装工艺不便捷的技术问题。

Description

一种球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置
技术领域
本发明属于电子封装领域，尤其涉及一种球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置。
背景技术
球栅阵列封装(Ball Grid Array，以下简称BGA)是一种集成电路上的表面黏着技术，通常此技术用于永久固定如微处理器类的芯片。目前，BGA工艺是利用植球机、回流炉等设备实现，首先将BGA芯片固定到植球机的工装上；然后在芯片表面涂覆一层助焊膏，用于在植球作业中固定锡球，同时在锡球焊接时起助焊作用；接着，利用植球机将锡球逐个植入芯片基板对应位置；最后取下带有锡球的BGA芯片，装入用回流炉，在高温下进行锡球焊接。
上述BGA工艺的点胶、植球及焊接主要存在下述不足：
1、涂刷助焊膏过程中，仅是涂覆于固定锡球部分的助焊膏是有效的，造成其它部分助焊膏浪费，助焊膏消耗量大，成本上升。
2、锡球逐个植球要求的精度高，自动化程度高，所需植球设备及配套的特质工装夹具、球池刀刃等的价格昂贵，不适于新产品或需求量小的产品生产。
3、植球作业中，若锡球未及时落入模穴中，而被刀刃铲切，产生不良锡球，在植球工序无法及时被发现，到芯片回流焊接时才能被发现，进而产生焊接不良品，则需返修，增加了工序作业的不便。
4、芯片不良品返修，首先要将已焊接的锡球全部熔落，然后再重复上述点胶、植球及焊接工序，工序复杂。
发明内容
本发明的其中一个目的是提出一种球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置，解决了现有技术存在球栅阵列封装工艺复杂的问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果(降低助焊膏消耗量、降低植球工艺成本等)详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置，所述装置包括与外部动作机构相连的连接杆，以及与所述连接杆相连的安装座；所述安装座上还设置有：
助焊膏腔、助焊膏装料管、助焊膏压杆以及助焊膏腔压盖，所述助焊膏装料管插入所述助焊膏腔设置，用于容纳助焊膏；所述助焊膏压杆可活动的插入所述助焊膏装料管设置，所述助焊膏腔压盖与所述助焊膏装料管封闭所述助焊膏腔；
锡料腔、锡料装料管、锡熔滴压杆以及锡料腔压盖，所述锡料装料管插入所述锡料腔设置，用于容纳锡料；所述锡熔滴压杆可活动的插入所述锡料装料管设置，所述锡料腔压盖与所述锡料装料管封闭所述锡料腔。
优选地，所述助焊膏装料管外环同轴套设有第一弹簧。
优选地，所述锡料装料管外环同轴套设有感应线圈。
优选地，所述感应线圈外部设有保温层，所述保温层通过保温层锁紧环固定在安装座上。
优选地，所述锡料装料管通过上锁紧螺母固定，所述锡料装料管内设置有锡熔滴输送芯杆，所述锡熔滴输送芯杆顶部与锡熔滴压杆相连接，所述锡熔滴输送芯杆穿过所述上锁紧螺母中心的孔，所述锡料装料管的管口与锡料装料管底部的喷嘴内孔尺寸相匹配。
优选地，所述上锁紧螺母上端面装配有进气管和排气管，所述进气管和所述排气管由上至下依次穿过所述锡料腔压盖、锡熔滴输送芯杆，延伸至所述安装座外部，所述进气管和所述排气管与锡料装料管的气路连通，所述装置还设置有进气口阀和排气口阀，所述排气管在所述安装座外部还装有用于检测所述锡料装料管内部气压的锡料腔压力表。
优选地，所述进气管和所述排气管外环同轴设置有第二弹簧，所述第二弹簧设置于所述上锁紧螺母及所述锡熔滴输送芯杆之间。
优选地，所述锡熔滴输送芯杆开设有芯杆进气口，所述芯杆进气口靠近所述上锁紧螺母下端面设置；
所述锡熔滴输送芯杆还开设有芯杆进液口，所述芯杆进液口设置在所述锡料装料管底部的喷嘴处；
所述锡熔滴输送芯杆内部设有锡熔滴输送通道。
优选地，所述装置还包括设置在锡熔滴输送芯杆与所述上锁紧螺母之间的上圆柱密封以及设置在所述锡熔滴输送芯杆与所述锡料装料管底部喷嘴之间的下圆柱密封。
优选地，所述锡料装料管与上锁紧螺母之间的端面设置有上O型密封，所述锡料装料管与安装座之间的端面设置有下O型密封。
通过本发明提供的方案，可以实现助焊工艺与锡球滴注焊接一体化的设计，解决了封装工艺复杂的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所提供的球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置的工作状态示意图；
图2为本发明实施例优选实施方式所提供的球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置的A-A剖面图；
图3为本发明实施例优选实施方式所提供的球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置的Ⅰ区域的局部放大图；
图4为本发明实施例优选实施方式所提供的球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置的Ⅱ区域的局部放大图；
图5为本发明实施例优选实施方式所提供的球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置实现助焊膏挤出功能的A-A剖面图；
图6为本发明实施例优选实施方式所提供的球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置实现锡熔滴滴注功能的A-A剖面图。
附图标记：
连接杆1、安装座2、保温层锁紧环3、保温层4、锡熔滴压杆5、助焊膏压杆6、助焊膏装料管7、BGA芯片8、助焊膏腔压盖9、助焊膏腔10、第一弹簧11-1、第二弹簧11-2、助焊膏12、锡料腔压盖13、进气口阀14、排气口阀15、锡料腔压力表16、锡料腔17、锡熔滴输送芯杆18、芯杆进气口18-1、锡熔滴输送通道18-2、芯杆进液口18-3、锡料装料管19、感应线圈20、锡料21、滴注锡熔滴21-1、锡焊点21-2、进气管22、排气管23、上锁紧盖24-1、下锁紧盖24-2、上圆柱密封25-1、下圆柱密封25-2、上锁紧螺母26、上O型密封27-1、下O型密封27-2、压力控制系统28。
具体实施方式
下面可以参照附图图1～图6以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
本发明实施例提供了一种球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置。
下面结合图1～图6对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
如图1至图3所示，本发明实施例所提供的球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置，整个装置通过连接杆1与外部动作机构相连接，外部运动机构可以为摇臂等形式，从而实现定位及运动功能，与所述连接杆1相连的设置有安装座2，所述安装座2上还设置有助焊膏腔10、助焊膏装料管7、助焊膏压杆6以及助焊膏腔压盖9，所述助焊膏装料管7插入所述助焊膏腔10设置，用于容纳助焊膏12；所述助焊膏压杆6可活动的插入所述助焊膏装料管7设置，所述助焊膏腔压盖9与所述助焊膏装料管7封闭所述助焊膏腔10，助焊膏腔压盖9还有定位助焊膏压杆6的作用。其中，助焊膏腔10的封闭是通过助焊膏腔压盖9同轴装入助焊膏腔10顶部的沉孔尺寸实现的。这样，通过插入助焊膏装料管7内部的助焊膏压杆6的向下挤压动作，实现助焊膏12在助焊膏装料管7底部喷嘴的挤出。此外，所述安装座2上还设置有锡料腔17、锡料装料管19、锡熔滴压杆5以及锡料腔压盖13，锡料装料管19插入锡料腔17设置，用于容纳锡料21；锡熔滴压杆5可活动的插入锡料装料管19设置，锡料腔压盖13与锡料装料管19封闭锡料腔17，锡料装料管19通过上锁紧螺母26固定。这样，通过插入锡料装料管19内部的锡熔滴压杆5的向下挤压动作，实现锡料21在锡料装料管19底部喷嘴的挤出。锡料腔压盖13同时对锡熔滴压杆5起定位作用。通过本发明提供的方案，可以实现助焊工艺与锡球滴注焊接一体化的设计，解决了安装不便捷的技术问题。目前的工艺为整个芯片涂覆助焊剂、植球、锡球重熔焊接，本发明简化为定点涂覆助焊剂、锡球滴注焊接，省略植球工序。
此外，助焊膏装料管7外环同轴套入第一弹簧11-1，再插入助焊膏腔10内，第一弹簧11-1自由状态为伸长状态，以保证助焊膏装料管7底部喷嘴的相对位置高于锡料装料管19底部喷嘴。
为了保证锡料21的热度，所述锡料装料管19外环同轴套设有感应线圈20，并通过上锁紧螺母26固定在锡料腔17内。为了进一步保证锡料21的热度，感应线圈20外部设置有保温层4，通过保温层锁紧环3固定在安装座2上，实现对锡料装料管19内的锡料21的加热及保温。
为了保证锡料21的精准供给，在锡料装料管19内装有锡熔滴输送芯杆18，锡熔滴输送芯杆18顶部与锡熔滴压杆5相连接，锡熔滴输送芯杆18同时还穿过上锁紧螺母26中心的孔，并与锡料装料管19底部的喷嘴内孔尺寸相匹配。
此外，为了优化锡料21的供给，上锁紧螺母26上端面装配有进气管22以及排气管23。进气管22、排气管23由上至下依次穿过锡料腔压盖13上的孔、锡熔滴输送芯杆18上部的孔，延伸至安装座2外部，连通压力控制系统28与锡料装料管19的气路。其中，压力控制系统28是通过在进气管22设置进气口阀14，进气管22通过进气口阀14进气，在排气管23设置排气口阀15，排气管23通过排气口阀15排气，排气管23在安装座2外部还设置有锡料腔17压力表16，用于检测锡料装料管19内部气压。此系统压力由锡料腔17压力表16实时监测，系统超压，排气口阀15开启，由排气管23排气减压；系统压力不足，进气口阀14开启，由进气管22进气增压，从而保证锡料装料管19内系统压力恒定。
此外，本发明还在进气管22、排气管23外环同轴套入第二弹簧11-2，第二弹簧11-2同时位于上锁紧螺母26及锡熔滴输送芯杆18之间。第二弹簧11-2自由状态为压缩状态，作用在于保证上锁紧螺母26及锡熔滴输送芯杆18的相对位置。
如图3至6所示，为了使锡料21的用量能够被控制的更加精准，在锡熔滴输送芯杆18开有芯杆进气口18-1、芯杆进液口18-3，内部有锡熔滴输送通道18-2，通过助焊膏压杆6的向下运动，完成芯杆进气口18-1、芯杆进液口18-3位置切换，进而实现锡熔滴由锡料装料管19进入锡熔滴输送通道18-2，再由锡熔滴输送芯杆18部喷嘴滴注锡熔滴21-1至BGA芯片8涂有助焊膏12需作业的部位，形成与BGA芯片8结合的锡焊点21-2。
如图5所示，力F作用在助焊膏压杆6端面，第一弹簧11-1压缩，助焊膏装料管7向下移动，直至不可再压缩，助焊膏装料管7下部喷嘴与BGA芯片8保持一定的高度。在力F的继续作用下，助焊膏压杆6继续向下移动，进而使助焊膏装料管7内的助焊膏12挤出至BGA芯片8需作业部位。
这时感应线圈20通电，将锡料装料管19内的锡料21的熔化。进气口阀14开启，锡料装料管19内由进气管22进气，在背压下锡料21由锡熔滴输送芯杆18底部的芯杆进液口18-3进入锡熔滴输送通道18-2内，以备滴注。此时，芯杆进气口18-1与锡熔滴输送通道18-2的气路通路被切断，以保证进入锡熔滴输送通道18-2内的锡料21保持在芯杆内部。锡料21进入锡熔滴输送芯杆18内的量为一个锡球体积，可通过压力控制系统28实现。如图6所示，力F不再作用于助焊膏压杆6端面，第一弹簧11-1恢复自由状态，助焊膏装料管7底部喷嘴的恢复高于锡料装料管19底部喷嘴的相对位置。当力F＇作用在锡熔滴压杆5端面，第二弹簧11-2改变自由状态，进一步压缩，锡熔滴输送芯杆18向下移动，直至接触到上锁紧盖24-1，锡熔滴输送芯杆18下部喷嘴与BGA芯片8保持一定的高度，芯杆进气口18-1与锡熔滴输送通道18-2气路连通，芯杆进液口18-3与锡熔滴输送通道18-2的连通状态被切断，在背压作用下，锡熔滴输送通道18-2内的锡熔滴由锡熔滴输送芯杆18底部喷嘴滴注锡熔滴21-1至BGA芯片8涂有助焊膏12需作业的部位，形成与BGA芯片8结合的锡焊点21-2。依次循环以上步骤，可实现BGA芯片8的制作或修复。
如图3和图4所示，由于所述装置需要具备良好的密封性，但是该装置的密封问题无法使用常见的手段去解决，并且无法在所有需要密封的位置设置相同的密封结构，因此，本发明提供的技术方案中锡熔滴输送芯杆18的密封是通过上圆柱密封25-1、下圆柱密封25-2、锡料装料管19内部的密封是通过上O型密封27-1、下O型密封27-2实现的。其中，在锡熔滴输送芯杆18与所述上锁紧螺母26之间的上圆柱密封25-1，上圆柱密封25-1装入上锁紧螺母26顶部，通过上锁紧盖24-1固定，并与锡熔滴输送芯杆18过渡配合，达到密封效果。锡熔滴输送芯杆18与锡料装料管19底部喷嘴之间的下圆柱密封25-2，下圆柱密封25-2装入锡熔滴输送芯杆18底部喷嘴，通过下锁紧盖24-2固定，并与锡熔滴输送芯杆18过渡配合，达到密封效果。锡料装料管19内环与上锁紧螺母26之间设置有上O型密封27-1，锡料装料管19外环与安装座2之间设置有下O型密封27-2，上O型密封27-1与下O型密封27-2嵌入密封槽内，上O型密封27-1用于实现锡料装料管19与上锁紧螺母26的端面密封、下O型密封27-2用于实现锡料装料管19与安装座2的端面密封。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种球栅阵列封装锡球制备及植球一体化装置，其特征在于，所述装置包括与外部动作机构相连的连接杆，以及与所述连接杆相连的安装座；所述安装座上还设置有：
助焊膏腔、助焊膏装料管、助焊膏压杆以及助焊膏腔压盖，所述助焊膏装料管插入所述助焊膏腔设置，用于容纳助焊膏；所述助焊膏压杆可活动的插入所述助焊膏装料管设置，所述助焊膏腔压盖与所述助焊膏装料管封闭所述助焊膏腔；
锡料腔、锡料装料管、锡熔滴压杆以及锡料腔压盖，所述锡料装料管插入所述锡料腔设置，用于容纳锡料；所述锡熔滴压杆可活动的插入所述锡料装料管设置，所述锡料腔压盖与所述锡料装料管封闭所述锡料腔；
所述锡料装料管外环同轴套设有感应线圈；
所述锡料装料管通过上锁紧螺母固定，所述锡料装料管内设置有锡熔滴输送芯杆，所述锡熔滴输送芯杆顶部与锡熔滴压杆相连接，所述锡熔滴输送芯杆穿过所述上锁紧螺母中心的孔，所述锡料装料管的管口与锡料装料管底部的喷嘴内孔尺寸相匹配；
所述上锁紧螺母上端面装配有进气管和排气管，所述进气管和所述排气管由上至下依次穿过所述锡料腔压盖、锡熔滴输送芯杆，延伸至所述安装座外部，所述进气管和所述排气管与锡料装料管的气路连通，所述装置还设置有进气口阀和排气口阀，所述排气管在所述安装座外部还装有用于检测所述锡料装料管内部气压的锡料腔压力表；
所述锡熔滴输送芯杆开设有芯杆进气口，所述芯杆进气口靠近所述上锁紧螺母下端面设置；
所述锡熔滴输送芯杆还开设有芯杆进液口，所述芯杆进液口设置在所述锡料装料管底部的喷嘴处；
所述锡熔滴输送芯杆内部设有锡熔滴输送通道。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述助焊膏装料管外环同轴套设有第一弹簧。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述感应线圈外部设有保温层，所述保温层通过保温层锁紧环固定在安装座上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进气管和所述排气管外环同轴设置有第二弹簧，所述第二弹簧设置于所述上锁紧螺母及所述锡熔滴输送芯杆之间。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在锡熔滴输送芯杆与所述上锁紧螺母之间的上圆柱密封以及设置在所述锡熔滴输送芯杆与所述锡料装料管底部喷嘴之间的下圆柱密封。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述锡料装料管与上锁紧螺母之间的端面设置有上O型密封，所述锡料装料管与安装座之间的端面设置有下O型密封。
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