CN108807188B - 一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法，属于半导体器件封装技术领域，其包括振动台，所述振动台的前端面上设置有触控屏操作界面和参数设置面板，振动台的上表面设置有XY工作台，所述XY工作台的上表面上设有蜂窝模具，所述植柱机通过振动台的振动将焊柱分配到蜂窝模具中。本发明通过将焊柱振动分配到专用的蜂窝模具中，再由蜂窝模具转移到焊接治具中进行焊接，完成芯片植柱，相比现有技术中的一个一个人工植柱，本发明的植柱效率可以提高100～150倍。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件封装技术领域，具体来说，是一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法。
背景技术
随着通信设备的高速化、集成电路的高密度化，半导体器件的复杂程度越来越高，对封装技术提出了更高的要求。
传统陶瓷球栅阵列(Ceramic Ball Grid Array，CBGA)的基板是多层陶瓷，金属盖板用密封焊料焊接在基板上，经过气密性处理有较高的可靠性和物理保护性能。焊球材料为高温共晶焊料Pb90/Sn10，焊球和封装体的连接需使用低温共晶焊料63Sn/37Pb。封装体尺寸一般为10～35mm，标准的焊盘间距有1.27mm、1.0mm；标准的焊球尺寸有0.889mm、0.76mm和0.60mm。
CBGA封装的优点有：(1)气密性好，抗湿气性能高，因而封装组件的长期可靠性高；(2)与PBGA器件相比，电绝缘特性更好；(3)散热性能优于PBGA结构。
但是CBGA封装同时也存在以下几个缺点：(1)由于陶瓷基板和PCB板的热膨胀系数(CTE)相差较大，A1203陶瓷基板的CTE约为7ppm/℃，PCB板的CTE约为17ppm/℃，因此热匹配性差，焊点疲劳是其主要的失效形式；(2)与PBGA器件相比，封装成本高；(3)封装体边缘的焊球对准难度增加，不适用大器件尺寸应用领域。
正是由于CBGA封装无法更好地适应PCB板和陶瓷基板热膨胀系数(CTE)不匹配的问题，CBGA封装无法更好地适应大尺寸封装(封装面积≥32mm2)而逐渐被陶瓷柱栅阵列(Ceramic Column Grid Array，CCGA)所取代。CCGA将CBGA封装下的锡球改为焊柱，通过焊柱的微变形吸收和释放内应力和热力应力，大大缓解了氧化陶瓷芯片载体(热膨胀系数6.5×10-6/℃)与环氧树脂玻璃布印刷电路板(18×10-6/℃～21×10-6℃)之间由于热膨胀系数(CTE)不匹配带来的热疲劳问题，从而提供了更为可靠的封装解决方案。
CCGA采用直径为0.51mm、高度为2.21mm的焊料柱替代CBGA中的焊料球，以提高其焊点的抗疲劳能力。因此柱状结构更能缓解由热失配引起的陶瓷载体和PCB板之间的剪切应力。封装体面积尺寸一般为大于32mm2，标准的焊盘间距为1.27mm、1.0mm；标准的焊柱尺寸为长2.21mm、直径0.51mm。
因此，CCGA封装除了具有CBGA封装的优点外，而且因其与PCB基板材料之间热匹配性能力较好，可靠性要优于CBGA器件，特别是大器件尺寸应用领域。
但是CCGA陶瓷焊柱阵列封装的缺点是封装采用的基板为氧化铝陶瓷基板，其局限性在于它的热膨胀系数与PCB板或卡的热膨胀系数相差较大，而热失配容易引起焊点疲劳；它的高介电常数、电阻率也不适用于高速、高频器件。
中国专利文献CN105355573A公开了一种CCGA自动植柱机，其包括有机座，所述机座的前端面上设置有人机界面和多个用于控制人机界面的控制按钮，机座的上表面设置有XY工作台，所述XY工作台的上表面上设置有锡柱分配模具。北京微电子技术研究所申请的专利CN105655264和CN102856215都公开了一种CCGA的植柱装置以及植柱方法。上述植柱装置在植入焊柱时，都是一根一根植入的，因此植柱生产效率比较低。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种能够均匀批量植柱从而提高植柱效率的自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法。
为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机，包括振动台，所述振动台的前端面上设置有触控屏操作界面和参数设置面板，振动台的上表面设置有XY工作台，所述XY工作台的上表面通过模具锁紧装置安装有蜂窝模具，模具锁紧装置中部设有容纳蜂窝模具的植柱槽，且模具锁紧装置其中一侧开有连通植柱槽和接料槽的清柱口；
所述蜂窝模具包括：
容料筛盘，其能够容置于植柱槽中，且所述容料筛盘上设有容料凹槽；
振动筛盘，其具有振动筛槽，且振动筛槽中部设有对应容料凹槽的振动筛网；
焊接下模，其设有放置CCGA器件的卡槽；
焊接上盖，其形状与焊接下模相匹配，焊接上盖的表面设有匹配容料筛盘的上盖凹槽，上盖凹槽中部设有同时匹配容料凹槽和卡槽的上盖筛网。
进一步限定，所述焊柱的直径为0.2～2mm，高度为0.4～4mm(根据直径及长度选用专用的蜂窝模具)；焊柱为纯铜。
进一步限定，所述焊柱的直径为0.4～0.6mm，高度为2～3mm(根据直径及长度选用专用的蜂窝模具)；焊柱由合金材料制成，各组分的重量百分比分别为：铅90％，锡10％。
进一步限定，所述焊柱为外部带有铜带的焊料柱，直径为0.4～0.6mm，高度为2～3mm(根据直径及长度选用专用的蜂窝模具)；焊柱由合金材料制成，各组分的重量百分比分别为：铅80％，锡20％。
本发明还提供了一种利用自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法，包括如下步骤：
(1)、打开植柱机电源，观察参数设置是否正确；
(2)、将容料筛盘放到植柱槽中，容料凹槽朝上；
(3)、在容料筛盘上放入振动筛盘，振动筛槽朝上，往振动筛槽中倒入焊柱；
(4)、按下植柱停止键，待振动筛槽中的焊柱通过振动筛网进入容料凹槽中；
(5)、取下振动筛盘，将容料凹槽表面多余的焊柱通过请柱口清除到接料槽中，然后按清柱停止键，待焊柱清理干净后取下容料筛盘；
(6)将涂好锡膏的CCGA器件，放入焊接下模的卡槽里，并盖上焊接上盖，焊接上盖的上盖凹槽朝外；
(7)将步骤(6)中组合在一起的具有上盖凹槽的一面盖在容料筛盘上，然后整体翻面，通过振动台的抖动直到容料筛盘中的焊柱都落下，然后取下容料筛盘；
(8)将步骤(7)中组合在一起的焊接下模和焊接上盖一起放入焊接冶具中焊接；
(9)焊接完成后取出模具，待冷却后取下焊接上盖，再取出焊接下模中的CCGA器件，从而完成植柱。
本发明的有益效果是：本发明的自动陶瓷柱栅阵列植柱机，通过将焊柱振动分配到专用的蜂窝模具中，再由蜂窝模具转移到焊接治具中进行焊接，完成芯片植柱，相比现有技术中的一个一个人工植柱，植柱效率可以提高100～150倍，解决人工植柱的不稳定及污染问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明自动陶瓷柱栅阵列植柱机的结构示意图；
图2为模具锁紧装置的结构示意图；
图3为容料筛盘的正视图；
图4为图3的A-A向剖视图；
图5为振动筛盘的正视图；
图6为图5的B-B向剖视图；
图7为焊接下模的正视图；
图8为图7的C-C向剖视图；
图9为焊接上盖的正视图；
图10为图9的D-D向剖视图；
附图中的标号为：1-振动台，2-触控屏操作界面，3-参数设置面板，4-XY工作台，41-接料槽，5-模具锁紧装置，51-植柱槽，52-清柱口，6-容料筛盘，61-容料凹槽，7-振动筛盘，71-振动筛槽，72-振动筛网，8-焊接下模，81-卡槽，9-焊接上盖，91-上盖凹槽，92-上盖筛网。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机，其具有振动台1，振动台1的前端面上设置有触控屏操作界面2和参数设置面板3，振动台1的上表面设置有XY工作台4，XY工作台4的上表面通过模具锁紧装置5安装有蜂窝模具，模具锁紧装置5中部设有容纳蜂窝模具的植柱槽51，且模具锁紧装置5其中一侧开有连通植柱槽51和接料槽41的清柱口52。
触控操作界面包括：
(1)植柱触控图标：切换“植柱开始”和“植柱停止”模式，红色表示植柱停止，绿色表示正在植柱；
(2)清柱触控图标：切换“清柱开始”和“清柱停止”模式，用于控制清理焊柱；(3)复位启动图标；(4)设置图标：设置植柱的时间、植柱时每次震动的时间以及每次震动后的间隔时间。
参数设置面板3包括：(1)电压+/-按钮：用于调试时，控制振动幅度，电压参数设置在220-252之间，其中电压252，植柱数量2000-3000根最好。
振动台1侧面设置有电源开关及急停按钮。
蜂窝模具包括如下四个主要模具：
容料筛盘6，其能够容置于植柱槽51中，且所述容料筛盘6上设有容料凹槽61。
振动筛盘7，其具有振动筛槽71，且振动筛槽71中部设有对应容料凹槽61的振动筛网72。
焊接下模8，其设有放置CCGA器件的卡槽81。
焊接上盖9，其形状与焊接下模8相匹配，焊接上盖9的表面设有匹配容料筛盘6的上盖凹槽91，上盖凹槽91中部设有同时匹配容料凹槽61和卡槽81的上盖筛网92。
下面简述下本发明自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法，包括如下步骤：
1、确认初始状况
a、确认外接电源是否220V；
b、振动台1调水平；
c、各项参数设置是否正确。
2、蜂窝模具检查
a、确认蜂窝模具与焊柱型号及CCGA器件是否匹配；
b、将容料筛盘6放到植柱槽51中，容料凹槽61朝上；
c、在容料筛盘6上放入振动筛盘7，振动筛槽71朝上，往振动筛槽71中倒入焊柱；
d、按下“植柱停止”键，待振动筛槽71中的焊柱通过振动筛网72进入容料凹槽61中；
e、取下振动筛盘7，将容料凹槽61表面多余的焊柱通过清柱口52清除到接料槽41中，然后按“清柱停止”键，待焊柱清理干净后取下容料筛盘6；
三、开始生产
a、将涂好锡膏的CCGA器件，放入焊接下模8的卡槽81里，并盖上焊接上盖9，焊接上盖9的上盖凹槽91朝外；
b、将上述步骤中组合在一起的具有上盖凹槽91的一面盖在容料筛盘6上，然后整体翻面，通过振动台1的抖动直到容料筛盘6中的焊柱都落下，然后取下容料筛盘6；
c、将上述步骤中组合在一起的焊接下模8和焊接上盖9一起放入焊接冶具中焊接；
d、焊接完成后取出模具，待冷却后取下焊接上盖9，再取出焊接下模8中的CCGA器件，从而完成植柱。
以上对本发明提供的一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法，其特征在于，包括植柱机，所述植柱机包括振动台，所述振动台的前端面上设置有触控屏操作界面和参数设置面板，振动台的上表面设置有XY工作台，所述XY工作台的上表面通过模具锁紧装置安装有蜂窝模具，模具锁紧装置中部设有容纳蜂窝模具的植柱槽，且模具锁紧装置其中一侧开有连通植柱槽和接料槽的清柱口；
所述蜂窝模具包括：
容料筛盘，其能够容置于植柱槽中，且所述容料筛盘上设有容料凹槽；
振动筛盘，其具有振动筛槽，且振动筛槽中部设有对应容料凹槽的振动筛网；
焊接下模，其设有放置CCGA器件的卡槽；
焊接上盖，其形状与焊接下模相匹配，焊接上盖的表面设有匹配容料筛盘的上盖凹槽，上盖凹槽中部设有同时匹配容料凹槽和卡槽的上盖筛网；
所述自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法包括如下步骤：
(1)、打开植柱机电源，观察参数设置是否正确；
(2)、将容料筛盘放到植柱槽中，容料凹槽朝上；
(3)、在容料筛盘上放入振动筛盘，振动筛槽朝上，往振动筛槽中倒入焊柱；
(4)、按下植柱停止键，待振动筛槽中的焊柱通过振动筛网进入容料凹槽中；
(5)、取下振动筛盘，将容料凹槽表面多余的焊柱通过请柱口清除到接料槽中，然后按清柱停止键，待焊柱清理干净后取下容料筛盘；
(6)将涂好锡膏的CCGA器件，放入焊接下模的卡槽里，并盖上焊接上盖，焊接上盖的上盖凹槽朝外；
(7)将步骤(6)中组合在一起的具有上盖凹槽的一面盖在容料筛盘上，然后整体翻面，通过振动台的抖动直到容料筛盘中的焊柱都落下，然后取下容料筛盘；
(8)将步骤(7)中组合在一起的焊接下模和焊接上盖一起放入焊接冶具中焊接；
(9)焊接完成后取出模具，待冷却后取下焊接上盖，再取出焊接下模中的CCGA器件，从而完成植柱。
2.根据权利要求1所述的自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法，其特征在于：所述焊柱的直径为0.2～2mm，高度为0.4～4mm；焊柱为纯铜。
3.根据权利要求1所述的自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法，其特征在于：所述焊柱的直径为0.4～0.6mm，高度为2～3mm；焊柱由合金材料制成，各组分的重量百分比分别为：铅90％，锡10％。
4.根据权利要求1所述的自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法，其特征在于：所述焊柱为外部带有铜带的焊料柱，直径为0.4～0.6mm，高度为2～3mm；焊柱由合金材料制成，各组分的重量百分比分别为：铅80％，锡20％。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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