CN113257693A - 一种芯片封装用多场耦合式bga焊球的制球机及制球方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法，该制球机包括：制球系统、多场耦合系统、气路系统、震动系统及自动控制系统；制球系统用于将固态焊料熔融为液态焊料，并提供液态焊料下落的出口；多场耦合系统用于提供偏压和磁力，加速液态焊料在制球系统出口处的分离；震动系统用于对液态焊料产生激振动力，液态焊料在激振动力作用下，以熔融液滴排出；气路系统用于提供加压气体及冷却气体，加速液态焊料在制球系统出口处的分离及提高熔融液滴的真圆度，形成焊球；本发明通过采用多场耦合与激振动力实现BGA焊球的制备，具有成球率高、表面缺陷小，焊球真圆度高的特点。

Description

一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法

技术领域

本发明属于装备制造技术领域，具体涉及一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法。

背景技术

BGA(ball grad array)焊球是球径0.10～0.80mm的高纯锡基合金球，广泛用于芯片封装。随着5G及物联网时代到来，对芯片需求且呈增长趋势。目前国内尚没有成熟的芯片封装的自主研发生产线。

在高纯锡基合金球制备方式中，上海蒋申公开了《一种低银球的制造方法》(9511332.2)采用的切丝方法，这依靠重力下落模式制备出焊球，这种焊球大小很难容易控制。河南科技大学闫焉服教授公开了专利《一种震动喷射式高密封装用钎焊球的加工设备及工艺方法》(CN200510130406.2)中叙述了采用偏心轮旋转模式进行震动，产生振动波，产生小球，这种方式震动频率小，成球缩颈分离困难，从而造成成球速率小，真圆度低。同时也公开了专利《一种可控制钎焊球大小的钎焊球加工装置及加工方法》(CN105149808A)中叙述了采用切丝重溶，球化液方式制备焊球，造成焊球表面有微量有机物，影响了后续的焊接性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机及制球方法，能够克服现有焊球制备中成球率低、表面缺陷大，焊球真圆度差的问题，通过采用多场耦合与激振动力实现BGA焊球的制备，具有成球率高、表面缺陷小，焊球真圆度高的特点。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，包括：制球系统、多场耦合系统、气路系统、震动系统及自动控制系统；

所述制球系统用于将固态焊料熔融为液态焊料，并提供液态焊料下落的出口；

所述多场耦合系统用于提供偏压和磁力，加速液态焊料在制球系统出口处的分离；其中，所述多场耦合系统包括：偏压静电互斥模块和磁极翻转模块；所述偏压静电互斥模块用于在所述制球系统出口处产生偏压；所述磁极翻转模块用于在所述制球系统出口处产生磁场；

所述震动系统用于对所述液态焊料产生激振动力，所述液态焊料在所述激振动力作用下，以熔融液滴排出；

所述气路系统用于提供加压气体及冷却气体，加速液态焊料在制球系统出口处的分离及提高熔融液滴的真圆度，形成焊球；

所述自动控制系统用于实现对制球系统、多场耦合系统、震动系统及气路系统进行电气控制。

进一步的，还包括：自动筛分与回收系统、等离子体集槽器及机架；

所述机架位于制球系统下方；

所述自动筛分与回收系统和等离子体集槽器均安装在机架内；

所述自动筛分与回收系统位于制球系统下方，用于对排出的焊球按球径大小进行筛分；

所述等离子体集槽器位于自动筛分与回收系统下方，用于对焊球进行清洗和收集。

进一步的，所述气路系统包括：气源、加压气路及回旋冷却气路；所述气源采用惰性气体；所述加压气路的一端与所述气源相通，另一端与所述制球腔室的内腔相通，用于给制球腔室的内腔加压；所述回旋冷却气路的一端与所述气源相通，另一端的出口为多头出口，位于所述焊球出口的下方；所述回旋冷却气路用于提供冷却气体，并吹拂下落的熔融液滴，该熔融液滴在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成圆形的焊球，并落入到自动筛分与回收系统；

所述加压气路和回旋冷却气路的管路上均设有质量流量控制器、气压测量单元、气压控制单元及压力调节阀；所述质量流量控制器用于控制惰性气体的进气量，所述气压测量单元用于测量所述管路内的气压，所述压力调节阀用于调节管路出口处的工作气压，所述气压控制单元用于根据测量得到的气压控制压力调节阀工作，使得管路出口处的工作气压达到恒定状态。

进一步的，所述自动筛分与回收系统包括筛分单元和回收单元；令所需焊球的球径范围为[A,B]；所述筛分单元采用两层筛分结构，第一层筛分结构用于将从制球系统落下的球径大于B的焊球筛分出来，即球径小于或等于B的焊球进入到第二层筛分结构内，球径大于B的焊球进入到回收单元内；所述第二层筛分结构用于将从制球系统落下的球径小于A的焊球筛分出来，即球径小于A的焊球进入到回收单元内，球径大于或等于A且小于或等于B的焊球进入到等离子体集槽器内；所述回收单元用于将球径小于A或大于B的焊球回收传送到制球系统内。

进一步的，所述等离子体集槽器内设有等离子体发生器，所述等离子体发生器包括：电源、Cu线圈、等离子体气路及真空泵；所述真空泵用于使得等离子体发生器内部形成负压；所述等离子体气路的一端与所述气路系统的气源相通，另一端的出口位于Cu线圈内，用于给等离子体发生器充入惰性气体；所述Cu线圈的两端分别与所述电源的两端连接；当Cu线圈与电源接通时，所述Cu线圈产生高频感应电场使处于负压状态下的惰性气体放电，产生等离子体。

进一步的，所述制球系统包括：制球腔室、加热组件及焊球喷嘴；

所述制球腔室为两端封闭的筒体，所述筒体的顶部加工有入口，底部加工有出口，且所述出口沿竖直方向向下设置；所述制球腔室内装有固态焊料；

所述加热组件用于对制球腔室内的固态焊料进行加热使其熔融为液态焊料；

所述焊球喷嘴安装在制球腔室的出口处；且焊球喷嘴沿竖直方向设置，焊球喷嘴的底部加工有两个以上孔径为0.15～0.75mm的焊球出口；所述液态焊料在所述焊球出口处凸起，形成突出点。

进一步的，所述多场耦合系统包括：偏压静电互斥模块和磁极翻转模块；

所述偏压静电互斥模块包括：偏压电极和偏压电源；所述偏压电源的两端分别与偏压电极及所述焊球喷嘴的外表面连接，所述偏压电源采用直流电源，用于给制球系统提供偏压；所述偏压电极位于所述制球系统出口下方一侧，所述偏压电极与所述制球系统出口处之间产生偏压；

所述磁极翻转模块包括：电磁线圈和翻转电源；所述翻转电源的两端分别与电磁线圈的两端连接，所述电磁线圈位于所述制球系统出口下方另一侧，使得所述制球系统出口处产生磁场；所述翻转电源采用交流电源，用于使得制球系统出口处的磁场产生翻转。

进一步的，所述震动系统包括：振子、震动杆及振动电源；所述震动杆沿竖直方向安装在制球腔室内，所述振子采用压电陶瓷片，所述振子安装在震动杆的中部，并与所述振动电源连接；所述震动系统用于给制球腔室内的固态焊料和液态焊料提供激振动力，使得所述突出点下落成梨形的熔融液滴。

进一步的，所述制球腔室内设有隔板，将所述制球腔室的内腔分成上层内腔和下层内腔，且所述隔板上加工有过液孔；所述筒体的上层内腔内均填充有固态焊料；当固态焊料熔融为液态焊料后，所述液态焊料通过隔板的过液孔进入到筒体的下层内腔内；

所述加热组件包括：加热线圈、保温线圈和PID控制器；所述加热线圈绕装在制球腔室的上层内腔外部，当所述加热线圈与外部的加热电源接通时，所述加热线圈发热，并对制球腔室内的固态焊料进行加热，使固态焊料融化为液态焊料；所述保温线圈绕装在制球腔室的下层内腔外部，当所述保温线圈与外部的保温电源接通时，所述保温线圈发热，并对制球腔室内的液态焊料进行保温；所述PID控制器用于对制球腔室的下层内腔的液态焊料进行自动测温，并根据测温结果对保温线圈进行自动控温；

所述焊球喷嘴采用钛钢合金材质，焊球喷嘴的内表面镀有一层厚度为5～10μm的CVD金刚石薄膜。

一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球方法，基于上述制球机，所述制球方法的具体步骤如下：

步骤一，将所述固态焊料熔融为液态焊料；

步骤二，所述液态焊料在出口处形成突出点，并在静电互斥和磁力翻转的作用下，突出点发生缩颈；

步骤三，所述突出点在激振动力的作用下下落成梨形的熔融液滴；

步骤四，通过冷却气体吹拂下落的熔融液滴，使得该熔融液滴在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成圆形的焊球；

步骤五，将球径在所需范围内的焊球筛分出来，并进行清洗储存，将球径不在所需范围内的焊球回收，并重新加工。

有益效果：

(1)本发明的熔融的液态焊料在多场耦合系统和震动系统的作用下产生缩颈与断裂，即在偏压静电互斥以及磁场翻转作用下，液态焊料迅速缩颈，在激振动力的作用下相互分离，并在表面张力作用下下落冷却成BGA焊球，BGA焊球的球径可以达到0.05mm。

(2)本发明采用了多场耦合式制备BGA焊球，BGA焊球在电磁场作用下完成散射，在多场耦合条件下，即焊球在偏压、磁极偏转条件下产生静电互斥、磁力偏移，使得液态焊料在焊球喷嘴出口处的缩颈时间变短，缩颈时间为30～80Pm，磁力作用下加速分离，真圆度性能提高50％；加速成球过程中的缩颈分离，使得成球率在99％，生产效率提高一倍；其中，偏压静电互斥模块使得焊球缩颈的概率增大，成球效率提高30％。

(3)本发明的震动系统采用震动导杆模式，在熔融的液态焊料中产生表面波，即对熔融的液态焊料施加一定的固定频率的载荷(即激振动力)，在载荷的作用下液态焊料周期震动形成表面波动，使得液态焊料产生缩颈，从而断裂下落；该震动系统结构简单，噪音小；且采用高性能的振动电源，保证了频率的稳定性，使得焊球的球径误差控制在0.01μm以内，保证了产品的质量。

(4)本发明通过回旋冷却气路提供冷却气体，吹拂下落的熔融液滴，将其托举起来，使得熔融液滴在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成圆形的焊球，焊球的真圆度达到99％以上。

(5)本发明通过等离子体集槽器内部负压下产生等离子体，焊球从等离子体中下落，实现焊球的清洗，使得焊球表面的无机物分解，除去表面有机物，使得焊球表面粗糙度小，表面缺陷小，焊接性能提高50％。

(6)本发明的自动筛分与回收系统将不符合要求的焊球回收到制球腔室中进行重新加工，实现了二级补液制球，且高效连续生产，回收利用，无污染生产，利于环保。

(7)本发明的自动控制系统可实现包括负压、电源功率、气体流量、工作气压等多个工艺参数的全自动化控制，且对射频振幅、惰性气体压强、加热温度控制参数进行调控，实现了自动化生产信息参数调控，实现BGA焊球的质量优化。

附图说明

图1为本发明制球机的结构组成示意图；

图2-图6为本发明的焊球的成型过程图；

图7为本发明的焊球的成型原理图；

其中，1-多场耦合系统，2-气路系统制球系统，3-震动系统，4-制球系统，5-自动筛分与回收系统，6-等离子体集槽器，7-自动控制系统，8-机架，11-焊球出口，12-突出点，13-熔融液滴，14-焊球，102-偏压静电互斥模块，103-磁极翻转模块，105-偏压电源，106-翻转电源，201-加压气路，202-回旋冷却气路，401-制球腔室，402-焊球喷嘴，501-筛分单元，502-回收单元。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，参见附图1，包括：制球系统4、多场耦合系统1、气路系统2、震动系统3、自动筛分与回收系统5、等离子体集槽器6、自动控制系统7及机架8；

所述制球系统4位于机架8上方，用于将固态焊料熔融为液态焊料，并提供液态焊料下落的出口；

所述多场耦合系统1用于提供偏压和磁力，加速液态焊料在制球系统4出口处的分离；

所述震动系统3用于对所述液态焊料产生激振动力，所述液态焊料在所述激振动力作用下，以熔融液滴13排出；

所述气路系统2用于提供加压气体及冷却气体，加速液态焊料在制球系统4出口处的分离及提高熔融液滴13的真圆度，形成焊球14；

所述自动筛分与回收系统5和等离子体集槽器6均安装在机架8内；

所述自动筛分与回收系统5位于制球系统4下方，用于对排出的焊球14按球径大小进行筛分；

所述等离子体集槽器6位于自动筛分与回收系统5下方，用于对焊球14进行清洗和收集；

所述自动控制系统7用于实现对制球系统4、多场耦合系统1、震动系统3及气路系统2进行电气控制。

其中，所述制球系统4包括：制球腔室401、加热组件及焊球喷嘴402；

所述制球腔室401为两端封闭的筒体，所述筒体的顶部加工有入口，底部加工有出口，且所述出口沿竖直方向向下设置；所述筒体内设有隔板，将所述筒体的内腔分成上、下双层的两级结构，即上层内腔和下层内腔，且所述隔板上加工有过液孔；所述筒体的上层内腔内均填充有固态焊料；当固态焊料熔融为液态焊料后，所述液态焊料通过隔板的过液孔进入到筒体的下层内腔内；上、下双层的两级结构能够实现制球腔室401的二级补液，最终实现焊球14的连续生产；

所述加热组件包括：加热线圈、保温线圈和PID控制器；所述加热线圈绕装在制球腔室401的上层内腔外部，当所述加热线圈与外部的加热电源接通时，所述加热线圈发热，并对制球腔室401内的固态焊料进行加热，使固态焊料融化为液态焊料；所述保温线圈绕装在制球腔室401的下层内腔外部，当所述保温线圈与外部的保温电源接通时，所述保温线圈发热，并对制球腔室401内的液态焊料进行保温；所述PID控制器用于对制球腔室401的下层内腔的液态焊料进行自动测温，并根据测温结果对保温线圈进行自动控温，且采用多段控温模式，控温精度±1％；由于焊料的最高加热温度为350℃，因此，PID控制器控制保温线圈的温度为230～300℃可调；

所述焊球喷嘴402采用高润滑耐磨喷嘴，其顶部通过螺纹连结方式固定在制球腔室401的出口处；且焊球喷嘴402沿竖直方向设置，焊球喷嘴402的底部加工有两个以上孔径为0.15～0.75mm的焊球出口11，同一个焊球喷嘴402上的焊球出口11的孔径相同；所述焊球喷嘴402采用钛钢合金材质，焊球喷嘴402的内表面镀有一层厚度为5～10μm的CVD金刚石薄膜；所述金刚石薄膜用于增加焊球喷嘴402的使用寿命，减小熔融的液态焊料对焊球喷嘴402的磨损，提高焊球的真圆度，使得真圆度从95％提高到99％；所述液态焊料在所述焊球出口11处凸起，形成突出点12；

所述多场耦合系统1包括：偏压静电互斥模块102和磁极翻转模块103；

所述偏压静电互斥模块102包括：偏压电极和偏压电源105；所述偏压电源105的两端分别与偏压电极及所述焊球喷嘴402的外表面连接，所述偏压电源105采用直流电源，用于给焊球喷嘴402提供30～100v的偏压；所述偏压电极位于所述焊球出口11的下方一侧，所述偏压电极与所述焊球出口11之间产生偏压，即静电斥力，使得所述突出点12和与其黏连的液态焊料产生静电互斥，加速所述突出点12和与其黏连的所述液态焊料在焊球出口11处的分离不黏连，进而实现突出点12的缩颈；

所述磁极翻转模块103包括：电磁线圈和翻转电源106；所述翻转电源106的两端分别与电磁线圈的两端连接，所述电磁线圈位于所述焊球出口11的下方另一侧，使得所述焊球出口11处产生磁场；所述翻转电源106采用交流电源，用于使得焊球出口11处的磁场产生翻转，翻转的磁场用于进一步加速所述突出点12和与其黏连的所述液态焊料在焊球出口11处的分离，实现突出点12的进一步缩颈；

所述震动系统3包括：振子、震动杆及振动电源；所述震动杆沿竖直方向安装在制球腔室401内，且震动杆的底端距离焊球喷嘴402的焊球出口11末端为5～7mm；所述振子安装在震动杆的中部，并与所述振动电源连接；所述振子采用压电陶瓷片，振子在振动电源的作用下，产生激振力，进而带动所述震动杆振动，给制球腔室401内的固态焊料和液态焊料提供激振动力，使得在焊球出口11处的突出点12和与其黏连的所述液态焊料激振动力的作用下分离，所述突出点12下落成梨形的熔融液滴13；

所述气路系统2包括：气源、加压气路201及回旋冷却气路202；所述气源采用惰性气体，如Ar和氮气；所述加压气路201的一端与所述气源相通，另一端与所述制球腔室401的内腔相通，用于给制球腔室401的内腔加压，以加速突出点12的分离下落；所述回旋冷却气路202的一端与所述气源相通，另一端的出口为多头出口，位于所述焊球出口11的下方；所述回旋冷却气路202用于提供冷却气体，并吹拂下落的熔融液滴13，将其托举起来，该熔融液滴13在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成真圆度达到99％以上的圆形的焊球14，并落入到自动筛分与回收系统5；

所述加压气路201和回旋冷却气路202的管路采用1/4英寸不锈钢硬管，管路接头的连接形式采用双卡套连接；所述加压气路201和回旋冷却气路202的管路上均设有质量流量控制器、气压测量单元、气压控制单元及压力调节阀；所述质量流量控制器用于控制惰性气体的进气量，所述气压测量单元采用高精度薄膜规测量所述管路内的气压，所述压力调节阀用于调节管路出口处的工作气压，所述气压控制单元采用闭环压力调节控制软件，根据测量得到的气压控制压力调节阀工作，使得管路出口处的工作气压达到恒定状态，从而提高工艺稳定性及重复性；

所述自动筛分与回收系统5位于焊球喷嘴402下方，包括筛分单元501和回收单元502；令所需焊球的球径范围为[A,B]；所述筛分单元501采用两层筛分结构，第一层筛分结构用于将从焊球喷嘴402落下的球径大于B的焊球14筛分出来，即球径小于或等于B的焊球14进入到第二层筛分结构内，球径大于B的焊球14进入到回收单元502内；所述第二层筛分结构用于将从焊球喷嘴402落下的球径小于A的焊球14筛分出来，即球径小于A的焊球14进入到回收单元502内，球径大于或等于A且小于或等于B的焊球14进入到等离子体集槽器6内；所述回收单元502用于将球径小于A或大于B的焊球14回收传送到制球腔室401的上层内腔内，实现焊球14的高效连续，无污染生产；

所述等离子体集槽器6位于自动筛分与回收系统5下方，所述等离子体集槽器6内设有等离子体发生器，所述等离子体发生器包括：电源、Cu线圈、等离子体气路及真空泵；所述真空泵用于使得等离子体发生器内部形成负压；所述等离子体气路的一端与所述气路系统2的气源相通，另一端的出口位于Cu线圈内，用于给等离子体发生器充入惰性气体，如Ar气体或氮气，且气压为10～100Pa可调；所述Cu线圈的两端分别与所述电源的两端连接；当Cu线圈与电源接通时，所述Cu线圈产生高频感应电场使处于负压状态下的惰性气体放电，产生等离子体；所述球径大于或等于A且小于或等于B的焊球14进入到等离子体集槽器6内后，在所述等离子中进行清洗，除去表面有机物；

所述自动控制系统7用于对加热组件的加热电源和保温电源、震动组件403的振动电源、多场耦合系统1的偏压电源105和翻转电源106、气路系统2的质量流量控制器和气压控制单元、等离子体发生器的真空泵进行控制，实现负压、电源功率、气体流量、工作气压等多个工艺参数的全自动化控制；自动控制系统7采用PLC、工控机、上位机控制软件共同控制，配置液晶显示屏，由无线鼠标键盘操作，Windows风格会话界面，操作简洁直观；操作者可选择全自动及非全自动模式；自动控制系统7设有工艺编程端口，操作者可根据实际使用需求设置不同的工艺参数，即可实现负压及工艺过程全自动化操作；自动控制系统7设有设备运行参数记录功能，可对设备的每一步操作进行数据采集，实时监控设备运行状态；

所述机架8用于承载自动筛分与回收系统5、等离子体集槽器6、自动控制系统7及加热组件的加热电源和保温电源、震动组件403的振动电源、多场耦合系统1的偏压电源105和翻转电源106、气路系统2的气压控制单元，机架8外表面由复合板壁与门组成封闭结构，美观大方。

实施例2：

本实施例提供了一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球方法，基于实施例1所述的制球机，参见附图2-7，所述制球方法的具体步骤如下：

步骤一，所述固态焊料通过制球腔室401的入口装填进入制球腔室401的上层内腔中，所述固态焊料在加热组件的作用下，熔融为液态焊料后，通过隔板的过液孔进入到筒体的下层内腔内；

步骤二，所述液态焊料在焊球喷嘴402的焊球出口11处形成突出点12，并在多场耦合系统1静电互斥和磁力的作用下，突出点12在焊球出口11处缩颈；

步骤三，所述突出点12在震动系统3的激振动力的作用下下落成梨形的熔融液滴13；

步骤四，通过冷却气体吹拂下落的熔融液滴13，将其托举起来，使得该熔融液滴13在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成真圆度达到99％以上的圆形的焊球14，并落入到自动筛分与回收系统5中；

步骤五，自动筛分与回收系统5将球径在[A,B]范围内的焊球14筛分到等离子体集槽器6中进行清洗储存，将球径不在[A,B]范围内的焊球14回收到制球腔室401，重新加工，实现焊球14的高效连续，无污染生产。

实施例3：

本实施例提供了一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机的工作流程，具体流程如下：

步骤一，装固态焊料：在制球腔室401内装入焊料；

步骤二，更换焊嘴喷嘴402：根据所需焊球的球径更换对应焊球出口11孔径的焊嘴喷嘴402；所述焊球出口11孔径为0.15～0.75mm的焊嘴喷嘴402；

步骤三，自动控制系统7开机，并在显示界面设定电源功率及参数，所述电源包括：加热电源、保温电源、振动电源、偏压电源105及翻转电源106；所述参数包括：加压气路201和回旋冷却气路202出口处的工作气压、等离子体气路提供的气压、振子的振动频率、加热组件对制球腔室401加热及保温的温度、偏压静电互斥模块102的偏压；

所述加热电源采用2～5kw功率的涡流电源，使得制球腔室401的上层内腔内的温度控制在230～300℃，使得固态焊料融化；偏压静电互斥模块102提供的偏压为10～100V可调，磁极翻转模块103提供的磁场为0.5～2T可调；

所述振子的振动频率的范围为1K～10KHZ可调；

加压气路201和回旋冷却气路202出口处的工作气压为1.2～1.5倍大气压可调，等离子体气路提供的气压为10～100Pa可调；

步骤四，开始制球，所述焊球14最终下落至所述等离子体集槽器6中进行清洗并储存，从而制备出球径为0.05～0.8mm无铅焊料系列焊球14。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上，采用所述焊球出口11孔径为0.35mm的焊嘴喷嘴402；

所述加热电源采用2kw功率的涡流电源，使得制球腔室401的上层内腔内的温度控制在260℃，使得固态焊料融化；偏压静电互斥模块102提供的偏压为80V可调，磁极翻转模块103提供的磁场为1T可调；

所述振子的振动频率的范围为3KHZ可调；

加压气路201和回旋冷却气路202出口处的工作气压为1.2倍大气压可调，等离子体气路提供的气压为10Pa；

从而制备出球径为0.5mm无铅焊料系列焊球14。

实施例5：

本实施例在实施例3的基础上，采用所述焊球出口11孔径为0.55mm的焊嘴喷嘴402；

所述加热电源采用3kw功率的涡流电源，使得制球腔室401的上层内腔内的温度控制在280℃，使得固态焊料融化；偏压静电互斥模块102提供的偏压为100V可调，磁极翻转模块103提供的磁场为2T可调；

所述振子的振动频率的范围为3KHZ可调；

加压气路201和回旋冷却气路202出口处的工作气压为1.5倍大气压可调，等离子体气路提供的气压为100Pa；

从而制备出球径为0.25mm无铅焊料系列焊球14。

实施例6：

本实施例在实施例3的基础上，采用所述焊球出口11孔径为0.25mm的焊嘴喷嘴402；

所述加热电源采用2.5kw功率的涡流电源，使得制球腔室401的上层内腔内的温度控制在275℃，使得固态焊料融化；偏压静电互斥模块102提供的偏压为50V可调，磁极翻转模块103提供的磁场为0.5T可调；

所述振子的振动频率的范围为5KHZ可调；

加压气路201和回旋冷却气路202出口处的工作气压为1.35倍大气压可调，等离子体气路提供的气压为50Pa；

从而制备出球径为0.05mm无铅焊料系列焊球14。

实施例7：

在英国泰勒·霍普森公司开发的TR365圆度圆件度测量仪上测量焊球14的球径，数据分析对比如下：

	业界标准	实例4	实例5	实例6
					真圆度	96％	99％	99.5％	99.2％
球径误差	±0.010	±0.005	±0.006	±0.008

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，包括：制球系统(4)、多场耦合系统(1)、气路系统(2)、震动系统(3)及自动控制系统(7)；

所述制球系统(4)用于将固态焊料熔融为液态焊料，并提供液态焊料下落的出口；

所述多场耦合系统(1)用于提供偏压和磁力，加速液态焊料在制球系统(4)出口处的分离；其中，所述多场耦合系统(1)包括：偏压静电互斥模块(102)和磁极翻转模块(103)；所述偏压静电互斥模块(102)用于在所述制球系统(4)出口处产生偏压；所述磁极翻转模块(103)用于在所述制球系统(4)出口处产生磁场；

所述震动系统(3)用于对所述液态焊料产生激振动力，所述液态焊料在所述激振动力作用下，以熔融液滴(13)排出；

所述气路系统(2)用于提供加压气体及冷却气体，加速液态焊料在制球系统(4)出口处的分离及提高熔融液滴(13)的真圆度，形成焊球(14)；

所述自动控制系统(7)用于实现对制球系统(4)、多场耦合系统(1)、震动系统(3)及气路系统(2)进行电气控制。

2.如权利要求1所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，还包括：自动筛分与回收系统(5)、等离子体集槽器(6)及机架(8)；

所述机架(8)位于制球系统(4)下方；

所述自动筛分与回收系统(5)和等离子体集槽器(6)均安装在机架(8)内；

所述自动筛分与回收系统(5)位于制球系统(4)下方，用于对排出的焊球(14)按球径大小进行筛分；

所述等离子体集槽器(6)位于自动筛分与回收系统(5)下方，用于对焊球(14)进行清洗和收集。

3.如权利要求2所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述气路系统(2)包括：气源、加压气路(201)及回旋冷却气路(202)；所述气源采用惰性气体；所述加压气路(201)的一端与所述气源相通，另一端与所述制球腔室(401)的内腔相通，用于给制球腔室(401)的内腔加压；所述回旋冷却气路(202)的一端与所述气源相通，另一端的出口为多头出口，位于所述焊球出口(11)的下方；所述回旋冷却气路(202)用于提供冷却气体，并吹拂下落的熔融液滴(13)，该熔融液滴(13)在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成圆形的焊球(14)，并落入到自动筛分与回收系统(5)；

所述加压气路(201)和回旋冷却气路(202)的管路上均设有质量流量控制器、气压测量单元、气压控制单元及压力调节阀；所述质量流量控制器用于控制惰性气体的进气量，所述气压测量单元用于测量所述管路内的气压，所述压力调节阀用于调节管路出口处的工作气压，所述气压控制单元用于根据测量得到的气压控制压力调节阀工作，使得管路出口处的工作气压达到恒定状态。

4.如权利要求2所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述自动筛分与回收系统(5)包括筛分单元(501)和回收单元(502)；令所需焊球的球径范围为[A,B]；所述筛分单元(501)采用两层筛分结构，第一层筛分结构用于将从制球系统(4)落下的球径大于B的焊球(14)筛分出来，即球径小于或等于B的焊球(14)进入到第二层筛分结构内，球径大于B的焊球(14)进入到回收单元(502)内；所述第二层筛分结构用于将从制球系统(4)落下的球径小于A的焊球(14)筛分出来，即球径小于A的焊球(14)进入到回收单元(502)内，球径大于或等于A且小于或等于B的焊球(14)进入到等离子体集槽器(6)内；所述回收单元(502)用于将球径小于A或大于B的焊球(14)回收传送到制球系统(4)内。

5.如权利要求2所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述等离子体集槽器(6)内设有等离子体发生器，所述等离子体发生器包括：电源、Cu线圈、等离子体气路及真空泵；所述真空泵用于使得等离子体发生器内部形成负压；所述等离子体气路的一端与所述气路系统(2)的气源相通，另一端的出口位于Cu线圈内，用于给等离子体发生器充入惰性气体；所述Cu线圈的两端分别与所述电源的两端连接；当Cu线圈与电源接通时，所述Cu线圈产生高频感应电场使处于负压状态下的惰性气体放电，产生等离子体。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述制球系统(4)包括：制球腔室(401)、加热组件及焊球喷嘴(402)；

所述制球腔室(401)为两端封闭的筒体，所述筒体的顶部加工有入口，底部加工有出口，且所述出口沿竖直方向向下设置；所述制球腔室(401)内装有固态焊料；

所述加热组件用于对制球腔室(401)内的固态焊料进行加热使其熔融为液态焊料；

所述焊球喷嘴(402)安装在制球腔室(401)的出口处；且焊球喷嘴(402)沿竖直方向设置，焊球喷嘴(402)的底部加工有两个以上孔径为0.15～0.75mm的焊球出口(11)；所述液态焊料在所述焊球出口(11)处凸起，形成突出点(12)。

7.如权利要求1-5任一项所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述多场耦合系统(1)包括：偏压静电互斥模块(102)和磁极翻转模块(103)；

所述偏压静电互斥模块(102)包括：偏压电极和偏压电源(105)；所述偏压电源(105)的两端分别与偏压电极及所述焊球喷嘴(402)的外表面连接，所述偏压电源(105)采用直流电源，用于给制球系统(4)提供偏压；所述偏压电极位于所述制球系统(4)出口下方一侧，所述偏压电极与所述制球系统(4)出口处之间产生偏压；

所述磁极翻转模块(103)包括：电磁线圈和翻转电源(106)；所述翻转电源(106)的两端分别与电磁线圈的两端连接，所述电磁线圈位于所述制球系统(4)出口下方另一侧，使得所述制球系统(4)出口处产生磁场；所述翻转电源(106)采用交流电源，用于使得制球系统(4)出口处的磁场产生翻转。

8.如权利要求6所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述震动系统(3)包括：振子、震动杆及振动电源；所述震动杆沿竖直方向安装在制球腔室(401)内，所述振子采用压电陶瓷片，所述振子安装在震动杆的中部，并与所述振动电源连接；所述震动系统(3)用于给制球腔室(401)内的固态焊料和液态焊料提供激振动力，使得所述突出点(12)下落成梨形的熔融液滴(13)。

9.如权利要求6所述的一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球机，其特征在于，所述制球腔室(401)内设有隔板，将所述制球腔室(401)的内腔分成上层内腔和下层内腔，且所述隔板上加工有过液孔；所述筒体的上层内腔内均填充有固态焊料；当固态焊料熔融为液态焊料后，所述液态焊料通过隔板的过液孔进入到筒体的下层内腔内；

所述加热组件包括：加热线圈、保温线圈和PID控制器；所述加热线圈绕装在制球腔室(401)的上层内腔外部，当所述加热线圈与外部的加热电源接通时，所述加热线圈发热，并对制球腔室(401)内的固态焊料进行加热，使固态焊料融化为液态焊料；所述保温线圈绕装在制球腔室(401)的下层内腔外部，当所述保温线圈与外部的保温电源接通时，所述保温线圈发热，并对制球腔室(401)内的液态焊料进行保温；所述PID控制器用于对制球腔室(401)的下层内腔的液态焊料进行自动测温，并根据测温结果对保温线圈进行自动控温；

所述焊球喷嘴(402)采用钛钢合金材质，焊球喷嘴(402)的内表面镀有一层厚度为5～10μm的CVD金刚石薄膜。

10.一种芯片封装用多场耦合式BGA焊球的制球方法，基于权利要求1所述的制球机，其特征在于，所述制球方法的具体步骤如下：

步骤一，将所述固态焊料熔融为液态焊料；

步骤二，所述液态焊料在出口处形成突出点(12)，并在静电互斥和磁力翻转的作用下，突出点(12)发生缩颈；

步骤三，所述突出点(12)在激振动力的作用下下落成梨形的熔融液滴(13)；

步骤四，通过冷却气体吹拂下落的熔融液滴(13)，使得该熔融液滴(13)在界面张力作用下进行冷却，达到固液气三相平衡，形成圆形的焊球(14)；

步骤五，将球径在所需范围内的焊球(14)筛分出来，并进行清洗储存，将球径不在所需范围内的焊球(14)回收，并重新加工。

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