CN110142481B

CN110142481B - 一种植柱工装

Info

Publication number: CN110142481B
Application number: CN201910429290.4A
Authority: CN
Inventors: 张艳鹏; 王玉龙; 王威
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2039-05-22
Also published as: CN110142481A

Abstract

本发明公开了一种植柱工装，包括承载装置、焊柱定位装置、位置调节装置和固定装置；其中，承载装置用于固定焊盘载具的位置；焊柱定位装置设有用于限制焊柱径向位置的阵列孔；位置调节装置用于调整焊柱定位装置的位置、以使阵列孔与焊盘载具上的焊盘对正；固定装置用于在阵列孔与焊盘对正的状态下、将焊柱定位装置和承载装置固定。本申请提供的植柱工装能够对焊柱定位装置和承载装置的相对位置进行调整，即使焊盘载具的尺寸存在偏差，植柱工装也能够完成焊柱与焊盘的精确对位，解决当前由于相同焊盘载具尺寸差异而导致专用工装无法满足焊柱与焊盘间的对位精度的问题。

Description

一种植柱工装

技术领域

本发明涉及电子封装技术领域，更具体地说，涉及一种植柱工装。

背景技术

CLGA(Ceramic Land Grid Array)是陶瓷格栅阵列封装的英文缩写，在其阵列化的焊盘表面植焊柱处理可得到陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装器件。这类器件由于具有非常高的可靠性，特别是CCGA封装器件可有效抵消元器件本体与印制电路板之间因热膨胀系数不匹配而引入的热致应力，极大降低器件由于热疲劳而失效的几率，因此在宇航等高可靠电子产品上得以广泛应用。

在CLGA陶瓷基体阵列化焊盘表面植焊柱的过程如下：首先在CLGA焊盘上丝网印刷焊膏；其次使用特定的加工有阵列孔的模具实现焊柱与CLGA各焊盘间的对位；最后通过回流处理使焊盘表面丝网印刷的焊膏熔融并与焊盘、焊柱发生冶金反应，完成焊柱与焊盘之间的连接。

然而，在实际加工过程中，承载焊盘的CLGA本体的三维结构尺寸在共烧过程中常存在一定的偏差，特别是同一器件的不同批次间表现的尤为明显。因此业内针对某一特定封装CLGA(例CG560、CG717、CG624、CG1152和CG1272等)而使用专用植柱工装进行植柱时，常由于CLGA本体尺寸差异而造成焊柱与焊盘间的对位偏差，最终导致焊柱偏移出焊盘的尺寸超出标准要求以及焊料未能100％沿焊柱圆周方向润湿爬升等问题，造成植柱失败。

综上所述，如何提高焊盘与焊柱的对位精度、进而提高植柱成功率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种植柱工装，其能够解决植柱过程中焊柱与焊盘间的精确对位问题，提高植柱成功率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种植柱工装，包括：

承载装置，用于固定焊盘载具的位置；

焊柱定位装置，所述焊柱定位装置设有用于限制焊柱径向位置的阵列孔；

位置调节装置，用于调整所述焊柱定位装置的位置、以使所述阵列孔与所述焊盘载具上的焊盘对正；

固定装置，用于在所述阵列孔与所述焊盘对正的状态下、将所述焊柱定位装置和承载装置固定。

优选的，所述承载装置设有用于与所述焊盘载具的侧壁贴合、以定位所述焊盘载具位置的承载槽。

优选的，所述承载槽的底板设有方便导热的导热槽，且所述导热槽和所述承载槽之间具有用于支撑所述焊盘载具的台阶面。

优选的，所述承载槽的侧部设有方便拿取所述焊盘载具的取料缺口。

优选的，所述承载装置和所述焊柱定位装置中的一者设有定位孔、另一者设有与所述定位孔位置对应的螺纹孔，所述固定装置包括螺纹配合的紧固螺杆和锁紧螺母，所述紧固螺杆设于所述定位孔、所述螺纹孔的内部，且所述紧固螺杆和所述定位孔之间具有调节间隙。

优选的，所述位置调节装置包括座体和设于所述座体上的二维位置调节机构；所述座体的中部设有内侧壁能够与所述承载装置外周贴合、以固定所述承载装置的安放槽；所述二维位置调节机构包括X向推动部和Y向推动部，所述X向推动部用于沿X方向抵推所述焊柱定位装置，所述Y向推动部用于沿与所述X方向垂直的Y方向抵推所述焊柱定位装置。

优选的，所述座体设有沿所述X方向延伸、并与所述安放槽连通的导向孔，所述X向推动部包括推杆和固定于所述推杆一端的推板，所述推杆设于所述导向孔中，所述推板位于所述安放槽内部。

优选的，所述座体固定连接有螺旋千分尺，所述螺旋千分尺的顶杆与所述推杆远离所述推板的端部相抵。

所述X向推动部的数量为两个、且二者对称分布在所述安放槽的两侧；第一个所述X向推动部的所述推杆与所述螺旋千分尺的顶杆相抵，第二个所述X向推动部的所述推杆设有朝向所述安放槽侧壁的限位台阶面，第二个所述X向推动部的所述推杆外周套设有弹簧，所述弹簧一端与所述安放槽的侧壁相抵、另一端与所述限位台阶面相抵。

优选的，所述推板的外周设有用于与焊柱定位装置的顶面和侧壁贴合相抵的定位缺口。

本发明提供的植柱工装包括承载装置、焊柱定位装置、位置调节装置和固定装置；其中，承载装置能够固定焊盘载具的位置；焊柱定位装置设置有阵列孔；位置调节装置能够调整焊柱定位装置的位置；固定装置在阵列孔与焊盘对正后、将焊柱定位装置和承载装置固定。

在工作过程中，焊盘载具表面预先装载有焊盘，焊盘载具通过承载装置进行位置的固定，位置调节装置对焊柱定位装置的位置进行调整，使焊柱定位装置和承载装置的相对位置发生改变。在调整后阵列孔和焊盘对正，使阵列孔中的焊柱与焊盘具有较高的对位精度，最后利用固定装置固定承载装置和焊柱定位装置的相对位置。

本申请提供的植柱工装通过调整焊柱定位装置的位置改变焊柱的植柱位置，即使焊盘载具的尺寸存在偏差，植柱工装也能够使焊柱与焊盘载具上的焊盘对正，实现了提高对位精度、提高植柱成功率的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的植柱工装的结构示意图；

图2为本发明所提供的植柱工装的俯视图；

图3为本发明所提供的植柱工装的仰视图；

图4为本发明所提供的位置调节装置的结构示意图；

图5为本发明所提供的位置调节装置的主视图；

图6为本发明所提供的位置调节装置的侧视图；

图7为本发明所提供的第一个X向推动部的结构示意图；

图8为本发明所提供的第二个X向推动部的结构示意图；

图9为本发明所提供的承载装置与焊柱定位装置配合的结构示意图；

图10为本发明所提供的承载装置的结构示意图；

图11为本发明所提供的焊柱定位装置的结构示意图。

图1至11中的附图标记为：

位置调节装置1、安放槽11、导向孔12、工装孔13、X向推动部14、Y向推动部15；推杆141、限位台阶面142、定位缺口143、推板144；

承载装置2、承载槽21、螺纹孔22、取料缺口23、导热槽24；

焊柱定位装置3、阵列孔31、定位孔32。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做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。

本发明的核心是提供一种植柱工装，解决了由于各个焊盘载具尺寸差异而导致焊柱与焊盘对位精度差的问题，提高了焊柱的植柱成功率。

请参考图1～11，图1～3分别为本发明所提供的植柱工装的结构示意图、俯视图、仰视图；图4～6分别为本发明所提供的位置调节装置的结构示意图、主视图、侧视图；图7～8分别为本发明所提供的两个X向推动部的结构示意图；图9为本发明所提供的承载装置与焊柱定位装置配合的结构示意图；图10为本发明所提供的承载装置的结构示意图；图11为本发明所提供的焊柱定位装置的结构示意图。

本申请提供了一种植柱工装，包括承载装置2、焊柱定位装置3、位置调节装置1和固定装置；其中，承载装置2用于固定焊盘载具的位置；焊柱定位装置3设有用于限制焊柱径向位置的阵列孔31；位置调节装置1用于调整焊柱定位装置3的位置、以使阵列孔31与焊盘载具上的焊盘对正；固定装置用于在阵列孔31与焊盘对正的状态下、将焊柱定位装置3和承载装置2固定。

具体的，植柱工装用于使焊盘和焊柱对位，在实际使用过程中，焊盘预先装载于焊盘载具的表面。承载装置2可以具体为夹具、定位槽等结构，其能够对焊盘载具进行固定。焊柱定位装置3呈板状或块状等结构，阵列孔31具体包括多个呈阵列分布的通孔，每个通孔均沿厚度方向贯穿焊柱定位装置3，阵列孔31的规格需要根据焊盘的规格进行设计，通孔的孔径需要根据所用焊柱进行设计，通孔内径略大于焊柱外径，使焊柱顺利穿过、且倾斜角度较小即可。位置调节装置1能够微调焊柱定位装置3的位置。

在使用过程中，预先在阵列化焊盘表面丝网印刷焊膏，并将焊盘固定在承载其的焊盘载具上；接着利用承载装置2固定焊盘载具的位置；而后在焊盘载具上放置焊柱定位装置3，并利用位置调节装置1调整承载装置2和焊柱定位装置3的相对位置，使焊盘载具表面焊盘和阵列孔31的相对位置发生改变。当阵列孔31与焊盘对正时，则利用固定装置将承载装置2和焊柱定位装置3的相对位置进行固定，以保障阵列孔31中安放的焊柱和下方焊盘之间的精确对位。

需要说明的是，在调整焊柱定位装置3位置的过程中，用户可以根据实际需求借助相关设备来操作。例如，可以借助超景深观测系统评估焊柱定位装置3上的阵列孔31与焊盘间的对位关系，当阵列孔31的中心与焊盘的中心相重合时，则认为阵列孔31与焊盘对正。另外，固定装置将承载装置2和焊柱定位装置3进行固定后，用户可以手动逐根将焊柱置入阵列孔31内并从顶部施加稍许压力。完成焊柱的置入后，将固定为整体式结构的焊柱定位装置3和承载装置2一同进行回流处理，完成焊柱与焊盘之间的电气和结构连接。

本申请提供的植柱工装能够对焊柱定位装置3和承载装置2的相对位置进行调整，即使焊盘载具的尺寸存在差异，植柱工装也能够使焊柱与焊盘对正，完成焊柱与焊盘的精确对位，解决当前由于相同焊盘载具尺寸差异而导致专用工装无法满足焊柱与焊盘间的对位精度的问题，实现了提高对位精度、提高植柱成功率的效果。

可选的，本申请提供的一种实施例中，承载装置2设有用于与焊盘载具的侧壁贴合、以定位焊盘载具位置的承载槽21。具体的，焊盘载具通常呈块状、板状等结构，为了对焊盘载具进行有效的定位及固定，承载装置2的中部设置承载槽21。在使用过程中，焊盘载具放置在承载槽21中、并与承载槽21的内侧壁贴合，且承载槽21的深度大于焊盘载具的厚度。需要说明的是，对于多个理论规格相同的焊盘载具，由于各个焊盘载具的三维结构尺寸在共烧过程中可能存在偏差，因此承载槽21的具体规格需要考虑一定的调节余量。当承载槽21的尺寸大于焊盘载具的尺寸时，可以使焊盘载具相邻的两个侧壁分别与承载槽21相邻的两个侧壁相贴合，并在空隙区域放入楔块或其他填充物来固定焊盘载具的位置。

进一步的，为了优化承载装置2的使用效果，本申请提供的一种实施例中，承载槽21的底板设有方便导热的导热槽24，且导热槽24和承载槽21之间具有用于支撑焊盘载具的台阶面。具体的，由于焊柱定位装置3和承载装置2通过固定装置进行固定后，二者需要一同进行回流处理，因此，为了优化导热效果，承载槽21的槽底开设有导热槽24，承载槽21和导热槽24形成上大下小的嵌套槽体结构。

进一步的，考虑到焊盘载具经过回流处理后，其可能由于热膨胀而紧密嵌于承载槽21内部，导致用户无法将其取出。为了方便用户拿取焊盘载具，承载槽21的侧部设有取料缺口23。取料缺口23从承载装置2的顶面向底面延伸，并与承载槽21的槽体连通，从而为用户提供拿取焊盘载具的空间。

进一步的，本申请提供的一种承载装置2和焊柱定位装置3组装固定的实施例中，承载装置2和焊柱定位装置3中的一者设有定位孔32、另一者设有与定位孔32位置对应的螺纹孔22，固定装置包括螺纹配合的紧固螺杆和锁紧螺母，紧固螺杆设于定位孔32、螺纹孔22的内部，且紧固螺杆和定位孔32之间具有调节间隙。

具体的，螺纹孔22的数量优选为四个，且沿承载装置2的四周均匀分布，例如螺纹孔22位于承载装置2的四个角上。紧固螺杆具体为螺柱或螺栓，承载装置2和焊柱定位装置3通过紧固螺杆实现可拆卸的连接。在实际装配过程中，紧固螺杆与螺纹孔22配合，同时由于焊柱定位装置3和承载装置2的相对位置需要进行微调，因此定位孔32的孔径大于螺杆的外径，二者之间的调节间隙为微调焊柱定位装置3的位置提供活动余量。

进一步的，在上述任意一个实施例中的基础，位置调节装置1包括座体和设于座体上的二维位置调节机构；座体的中部设有内侧壁能够与承载装置2外周贴合、以固定承载装置2的安放槽11；二维位置调节机构包括X向推动部14和Y向推动部15，X向推动部14用于沿X方向抵推焊柱定位装置3，Y向推动部15用于沿与X方向垂直的Y方向抵推焊柱定位装置3。

具体的，座体中部的安放槽11的尺寸与承载装置2的尺寸对应，在使用过程中，承载装置2直接放置于安放槽11内部、二者卡紧配合并保持相对位置不动。承载装置2与焊柱定位装置3固定后，可以将二者整体从位置调节装置1中取出进行后续的回流处理。

二维位置调节机构包括中轴线相互垂直的两套一维位置调节机构，即X向推动部14和Y向推动部15；二者通过螺钉固定在位置调节装置1的座体上。由于二维位置调节机构和承载装置2均固定在座体上，因此二者的相对位置确定，二维位置调节机构对焊柱定位装置3位置调整的精度更高。需要说明的是，X向推动部14和Y向推动部15的具体结构和工作原理类似，本文仅对X向推动部14进行说明，Y向推动部15的具体结构可直接参考X向推动部14。

值得注意的是，在实际装配过程中，当承载装置2和焊柱定位装置3通过锁紧螺杆组装固定时，由于承载装置2放置在位置调节装置1的安放槽11内部，因此可以在安放槽11的槽底开设工装孔13，工装孔13、定位孔32、螺纹孔22三者的位置对应，三者间距和布局保持一致，工装孔13能够方便用户将紧固螺杆和锁紧螺母拧紧。

可选的，为了优化二维位置调节机构的抵推效果，本申请提供的一种实施例中，座体设有沿X方向延伸、并与安放槽11连通的导向孔12，X向推动部14包括推杆141和固定于推杆141一端的推板144，推杆141设于导向孔12中，推板144位于安放槽11内部。

具体的，推杆141和推板144固定连接，二者大体垂直，呈L形或者T形分布，在工作过程中，导向孔12限制推杆141的移动方向，从而保障推板144对焊柱定位装置3的抵推效果。另外，为了配合推杆141的装配，此时安放槽11优选采用上大下小的嵌套矩形槽结构，其底部与承载装置2固定、其上部设置二维位置调节机构。

可以理解的，为了保障焊柱定位装置3可沿XY平面移动至任意位置，优选在焊柱定位装置3的四周均设置一维位置调节机构，即X向推动部14和Y向推动部15的数量均为两个。相应的，安放槽11的四面槽壁上分别设置有一个导向孔12，各个导向孔12的尺寸一致。另外，优选四个导向孔12的中轴线位于同一水平面上，相对的两个导向孔12的中轴线重合。

可选的，为了提高X向推动部14的调节精度，本实施例中，座体固定连接有螺旋千分尺，螺旋千分尺的顶杆与推杆141远离推板144的端部相抵。具体的，螺旋千分尺的壳体与座体固定、顶杆与推杆141相对，通过旋转螺旋千分尺，使得推杆141作用于焊柱定位装置3并相对于承载装置2运动，将阵列孔31的中心调整到与焊盘的中心相重合。

为了进一步优化X向推动部14的使用效果，本实施例中，X向推动部14的数量为两个、且二者对称分布在安放槽11的两侧；第一个X向推动部14的推杆141与螺旋千分尺的顶杆相抵，第二个X向推动部14的推杆141设有朝向安放槽11侧壁的限位台阶面142，还包括套设于第二个X向推动部14的推杆141外周的弹簧，弹簧一端与安放槽11的侧壁相抵、另一端与限位台阶面142相抵。

具体的，第二个X向推动部14的推杆141呈阶梯状结构，其利用自身的限位台阶面142限制弹簧的位置、并压缩弹簧。在工作过程中，螺旋千分尺沿正向抵推第一个X向推动部14的推杆141，而弹簧则利用回复力控制第二个X向推动部14的推杆141反向移动，螺旋千分尺和弹簧共同作用，实现X向推动部14沿X向的往复移动。

可选的，本申请提供的一种实施例中，推板144的外周设有用于与焊柱定位装置3的顶面和侧壁贴合相抵的定位缺口143。具体的，推板144的横截面呈L形，焊柱定位装置3置于承载装置2的上方，推板144的定位缺口143作用于焊柱定位装置3的顶面和侧面，从而限制焊柱定位装置3的竖直高度以及水平位置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的植柱工装进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上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

1.一种植柱工装，其特征在于，包括：

承载装置(2)，用于固定焊盘载具的位置；

焊柱定位装置(3)，所述焊柱定位装置(3)设有用于限制焊柱径向位置的阵列孔(31)；

位置调节装置(1)，用于调整所述焊柱定位装置(3)的位置、以使所述阵列孔(31)与所述焊盘载具上的焊盘对正；

固定装置，用于在所述阵列孔(31)与所述焊盘对正的状态下、将所述焊柱定位装置(3)和承载装置(2)固定；

所述位置调节装置(1)包括座体和设于所述座体上的二维位置调节机构；所述座体的中部设有内侧壁能够与所述承载装置(2)外周贴合、以固定所述承载装置(2)的安放槽(11)；所述二维位置调节机构包括X向推动部(14)和Y向推动部(15)，所述X向推动部(14)用于沿X方向抵推所述焊柱定位装置(3)，所述Y向推动部(15)用于沿与所述X方向垂直的Y方向抵推所述焊柱定位装置(3)；

所述座体设有沿所述X方向延伸、并与所述安放槽(11)连通的导向孔(12)，所述X向推动部(14)包括推杆(141)和固定于所述推杆(141)一端的推板(144)，所述推杆(141)设于所述导向孔(12)中，所述推板(144)位于所述安放槽(11)内部，所述推板(144)的外周设有用于与焊柱定位装置(3)的顶面和侧壁贴合相抵的定位缺口(143)。

2.根据权利要求1所述的植柱工装，其特征在于，所述承载装置(2)设有用于与所述焊盘载具的侧壁贴合、以定位所述焊盘载具位置的承载槽(21)。

3.根据权利要求2所述的植柱工装，其特征在于，所述承载槽(21)的底板设有方便导热的导热槽(24)，且所述导热槽(24)和所述承载槽(21)之间具有用于支撑所述焊盘载具的台阶面。

4.根据权利要求3所述的植柱工装，其特征在于，所述承载槽(21)的侧部设有方便拿取所述焊盘载具的取料缺口(23)。

5.根据权利要求4所述的植柱工装，其特征在于，所述承载装置(2)和所述焊柱定位装置(3)中的一者设有定位孔(32)、另一者设有与所述定位孔(32)位置对应的螺纹孔(22)，所述固定装置包括螺纹配合的紧固螺杆和锁紧螺母，所述紧固螺杆设于所述定位孔(32)、所述螺纹孔(22)的内部，且所述紧固螺杆和所述定位孔(32)之间具有调节间隙。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的植柱工装，其特征在于，所述座体固定连接有螺旋千分尺，所述螺旋千分尺的顶杆与所述推杆(141)远离所述推板(144)的端部相抵。

7.根据权利要求6所述的植柱工装，其特征在于，所述X向推动部(14)的数量为两个、且二者对称分布在所述安放槽(11)的两侧；第一个所述X向推动部(14)的所述推杆(141)与所述螺旋千分尺的顶杆相抵，第二个所述X向推动部(14)的所述推杆(141)设有朝向所述安放槽(11)侧壁的限位台阶面(142)，第二个所述X向推动部(14)的所述推杆(141)外周套设有弹簧，所述弹簧一端与所述安放槽(11)的侧壁相抵、另一端与所述限位台阶面(142)相抵。