CN114378484A - 一种锡焊柱的制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子封装技术领域，具体涉及一种锡焊柱的制备装置及方法，其中，制备装置包括挤出组件、锡丝模具和收集组件，挤出组件包括壳体和挤压顶柱；壳体内设两端开口的挤压腔；挤压顶柱插装于挤压腔中，适于挤压位于挤压腔中的焊料；锡丝模具具有模孔，并设于挤压腔的出口处，适于锡丝挤出；收集组件包括具有收集腔的基体以及设于收集腔内的导向组件、固定组件和切割组件，收集腔与挤压腔密封连通，导向组件适于将锡丝导向固定组件，切割组件适于将固定的锡丝切割成锡焊柱。通过上述结构，可以减少锡焊柱的制备工序和设备空间，使焊柱的整个生产过程中减少摩擦损伤，同时能减少表面氧化，提高锡焊柱的表面光亮度。

Description

一种锡焊柱的制备装置及方法

技术领域

本发明属于电子封装技术领域，具体涉及一种锡焊柱的制备装置及方法。

背景技术

近年来，随着通信设备的高度化、集成电路的高密度化，通信设备和集成电路中电子元件的引线数存在增多的倾向。

军用和航天卫星电子器件要求锡焊有更好的抗疲劳性能、更好的散热性能，同时具备耐高温、耐高压和良好的抗潮湿性能等。

传统的陶瓷四方扁平封装(CQFP)或陶瓷引脚网格阵列封装(CPGA)不能满足上述要求，具体的，陶瓷球栅阵列(以下称作CBGA)在施加电压时会发热，构成该CBGA的陶瓷基板和印刷电路板(例如玻璃环氧基板等)会因发热而膨胀，解除对CBGA施加的电压时，陶瓷基板和玻璃环氧基板收缩，即陶瓷基板和玻璃环氧基板因CBGA使用时电压的施加/解除而反复膨胀和收缩。由于陶瓷基板的热膨胀系数为8ppm/℃，玻璃环氧基板的热膨胀系数为15ppm/℃～20ppm/℃，陶瓷基板的热膨胀系数和玻璃环氧基板的热膨胀系数之差会导致在陶瓷基板和玻璃环氧基板中产生热应力，长时间运行后会导致焊点失效。

近年来，由CBGA封装的发展来的陶瓷柱栅阵列封装(CCGA)采用钎料锡焊柱阵列来替代钎料球阵列，在可靠水平内能够实现高性能要求FPGA器件的高密度封装，从而能够满足军用和航天卫星的要求。因此，使用吸收热应力的能力优于焊锡球的焊锡柱的CCGA替代CBGA而被逐渐使用。

钎料锡焊柱是CCGA封装的重要材料，影响着封装的最终可靠性。钎料锡焊柱的质量指标包括：焊柱的长度和直径的精确性和一致性，钎料锡焊柱的表面清洁度和氧化程度等。

通常，钎料锡焊柱的制造方法是以锡线为原料，用切割工具将该焊锡切断为规定的长度。焊锡柱切断方法包括：用圆盘式的切刀、超声波切刀等。由于以金属Sn，Pb为基础的高温焊锡比较柔软，导致切断面破坏而不会成为圆柱形状。另外，这些方法会导致在线焊锡的切断部分产生热量，焊锡柱的切断面破坏而不会成为圆柱形状。在切断高温焊锡之后用磨石等进行研磨的方法也会导致研磨面鼓起，产生毛刺而不会成为圆柱形状。

另外，在焊锡柱的生产过程中，不能很好的控制焊锡柱的裁切长度，使其精度不高，从而使废品率高。

当钎料锡焊柱的切断面不是圆柱或者端面有毛刺时，会影响排列夹具、吸附头等对进行焊锡柱的排列从而影响使用。

目前锡焊柱是采用锡线使用剪切工具剪切而成，需要经过送线过程，流程较长。并且，目前锡焊柱的主要金属成分为高铅合金，硬度较低，并且在空气中容易氧化，经过多工序后表面磨损，到暴露在空气中后表面氧化，影响外观和焊接性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锡焊柱的制备装置及方法，以解决现有技术中至少一个问题。

本发明一方面提供了一种锡焊柱的制备装置，包括：

挤出组件，包括壳体和挤压顶柱；所述壳体内设两端开口的挤压腔；所述挤压顶柱插装于所述挤压腔中，适于挤压位于所述挤压腔中的焊料；

锡丝模具，具有模孔，并设于所述挤压腔的出口处，适于锡丝挤出；

收集组件，包括具有收集腔的基体以及设于所述收集腔内的导向组件、固定组件和切割组件，所述收集腔与所述挤压腔密封连通，所述导向组件适于将锡丝导向所述固定组件，所述切割组件适于切割固定状态的所述锡丝。

如上所述的锡焊柱的制备装置，进一步优选为，所述基体上还设置有与所述收集腔连通的气体充入管，所述气体充入管适于充入惰性气体。

如上所述的锡焊柱的制备装置，进一步优选为，所述挤出组件还包括具有中心空腔的焊料存放筒，所述焊料存放筒置于所述挤压腔中，且一端与所述锡丝模具连接，另一端插装有所述挤压顶柱。

如上所述的锡焊柱的制备装置，进一步优选为，所述挤出组件还包括加热套，所述加热套设于所述挤压腔中，并套装于所述焊料存放筒的外侧。

如上所述的锡焊柱的制备装置，进一步优选为，所述导向组件和所述固定组件依次设置于所述锡丝的挤出方向上，且结构相同，均包括可对应配合的固定块和主动块，所述主动块可相对于所述固定块移动，以加紧或放松所述锡丝。

如上所述的锡焊柱的制备装置，进一步优选为，所述固定块和所述主动块中相对的侧面均设有可对应拼合的夹持槽，所述夹持槽适于夹持所述锡丝。

如上所述的锡焊柱的制备装置，进一步优选为，所述切割组件包括两个切刀，两个所述切刀沿所述锡丝的挤出方向依次布设于所述固定组件的两端。

如上所述的锡焊柱的制备装置，进一步优选为，所述收集组件还包括布设于所述收集腔中的长度标尺，所述长度标尺与所述锡丝的挤出方向平行，且其上设有两个所述切刀。

如上所述的锡焊柱的制备装置，进一步优选为，所述挤出组件、所述锡丝模具和所述收集组件竖向设置，适于使所述锡丝竖向挤出；所述收集组件还包括设于所述收集腔中的收纳盒，所述收纳盒位于所述固定组件下方。

另一方面，本发明还提供了一种锡焊柱的制备方法，采用上述的锡焊柱的制备装置实现，包括：

在挤压腔中加入锡焊柱合金焊料，加热到预设温度后通过挤压顶柱挤压合金焊料，使其从锡丝模具的模孔中挤出并进入到基体的收集腔中；

进入所述收集腔中的锡丝经所述导向组件被引入固定组件，并在被所述固定组件固定后，切割组件启动并完成锡丝的切割，得到锡焊柱。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明提供了一种锡焊柱的制备装置及方法，其中，制备装置包括挤出组件、锡丝模具和收集组件，挤出组件包括壳体和挤压顶柱；所述壳体内设两端开口的挤压腔；所述挤压顶柱插装于所述挤压腔中，适于挤压位于所述挤压腔中的焊料；锡丝模具具有模孔，并设于所述挤压腔的出口处，适于锡丝挤出；收集组件包括具有收集腔的基体以及设于所述收集腔内的导向组件、固定组件和切割组件，所述收集腔与所述挤压腔密封连通，所述导向组件适于将锡丝导向所述固定组件，所述切割组件适于将固定的所述锡丝切割成锡焊柱。上述结构通过挤出组件、锡丝模具和收集组件将锡焊柱的集成到一起形成一套短流程制备装置，可以减少制备工序和设备空间，使锡焊柱整个过程中减少摩擦损伤，且上述结构能够形成密闭的空间，进而使制备过程在惰性气体保护下进行，有效的提高了锡焊柱表面光亮度，减少表面氧化，有效提高了焊柱的外观和焊接性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中锡焊柱的制备装置的结构示意图；

图2为本发明中制备得到的锡焊柱的微观形貌。

附图标记说明：

1-挤出组件，2-收集组件；

11-锡丝模具，12-焊料存放筒，13-固定端盖，14-挤压顶柱，15-壳体，16-中心空腔，17-加热套；

21-主动块，22-固定块，23-切刀，24-收纳盒，25-气体充入管，26-长度标尺。

具体实施方式

下面将结合附图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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。

下面将参照图1-2说明本发明一些实施例中的锡焊柱的制备装置。

参照图1，本发明一些实施例中的锡焊柱的制备装置包括挤出组件1、锡丝模具11和收集组件2，其中，挤出组件1，包括壳体15和挤压顶柱14；壳体15内设两端开口的挤压腔；挤压顶柱14插装于挤压腔中，适于挤压位于挤压腔中的焊料；锡丝模具11具有模孔，并设于所述挤压腔的出口处，适于锡丝挤出；收集组件2包括具有收集腔的基体以及设于收集腔内的导向组件、固定组件和切割组件，收集腔与挤压腔密封连通，导向组件适于将锡丝导向固定组件，切割组件适于切割固定状态的锡丝。

上述结构中，壳体15的内部形成两端开口的柱形挤压腔，适于放置焊料；挤压顶柱14自挤压腔的一端插入并与其形成密封状态，适于挤压焊料以使焊料从挤压腔另一端流出。锡丝模具11通过固定端盖13安装于壳体15上，并封堵于挤压腔的端部出口处，其上设置的模孔适于焊料挤出以形成锡丝；为了便于获取不同尺寸的锡丝，同一制备装置配置有多个具有不同直径模孔的锡丝模具11，以便于根据需要更换，具体的，模孔的直径可以为0.4mm、1mm，还可以为其他任意数值。优选的，本实施例中锡丝模具11的模孔竖直向下，以使锡丝沿竖直方向挤出。

收集组件2中，基体的内部形成有具有开口的收集腔，其具有开口的断面与壳体15密封连接，以使开口罩设于锡丝模具11外侧，并与挤压腔连通并形成密封腔，适于在制备时充入惰性气体以降低焊料和锡丝的氧化。导向组件、固定组件和切割组件设置于收集腔中，其中导向组件和固定组件依次设置于锡丝模具11挤出方向上，分别适于锡丝的导向、固定，切割组件设置于固定组件的一侧，适于锡丝的切割。

通过上述设置，提供了一种锡焊柱的短流程制备装置，一方面可以减少制备工序和设备空间，使锡焊柱的整个生产过程中减少摩擦损伤，并且整个制备过程在密闭的惰性气体保护中进行，有效的提高了锡焊柱表面光亮度，减少表面氧化，有效提高了含住的外观和焊接性能。

进一步的，在一些实施例中，基体上还设置有与收集腔连通的气体充入管25，气体充入管适于充入惰性气体。气体充入管与惰性气体充入设备连通，用于随时向收集腔中补充惰性气体，具体的，惰性气体可以为氮气、氦气等。为了实现收集腔内设置测氧仪以在生产过程中持续监测气氛氧含量以保证生产过程被有效的气氛保护。

进一步的，在一些实施例中，挤出组件1还包括具有中心空腔16的焊料存放筒12，焊料存放筒12置于挤压腔中，且一端与锡丝模具11连接，另一端插装有挤压顶柱14。通过设置具有中心空腔16以适于存放焊料的焊料存放筒12，能够通过预先将焊料存放在焊料存放筒12中，然后将焊料存放筒12放置于挤压腔中以实现焊料的装载，上述设置能够降低焊料装载过程中与空气的接触，进而降低焊料的氧化，提高成品锡焊柱的质量。

进一步的，在一些实施例中，挤出组件1还包括加热套17，加热套17设于挤压腔中，并套装于焊料存放筒12的外侧。优选的，焊料存放筒12的外侧还设有测温热偶，通过在焊料存放筒12的外侧设置加热套17和测温热偶来控制挤压焊料温度，以便于优化挤压工艺，调整挤压速度以得到表面质量最好的锡丝。

进一步的，在一些实施例中，导向组件和固定组件依次设置于锡丝的挤出方向上，且结构相同，均包括可对应配合的固定块22和主动块21，主动块21可相对于固定块22移动，以加紧或放松所述锡丝。优选的，固定块22和主动块21中相对的侧面均设有可对应拼合的夹持槽，夹持槽适于夹持锡丝。

导向组件和固定组件上下设置，其中，固定块22设置于锡丝模具11的下方，且设有夹持槽的侧面与锡丝模具11的模孔位于同一平面上，主动块21设置于固定块22的侧面，并可相对于固定块22移动，以靠近或远离固定块22，具体的，导向组件和固定组件同步操作，以使主动块21向固定块22靠近时夹紧锡丝，远离时放松锡丝。导向装置和固定装置适于保证切割过程中锡丝不同以提高切割的准确性和稳定性。

进一步的，在一些实施例中，切割组件包括两个切刀23，两个切刀23沿锡丝的挤出方向依次布设于固定组件的两端。具体的，两个切刀23分设于固定组件的上下两侧，并均垂直于锡丝的挤出方向，且可沿垂直于锡丝挤出方向往复移动，适于在向锡丝移动时切割锡丝。

进一步的，在一些实施例中，收集组件2还包括布设于收集腔中的长度标尺26，长度标尺26与锡丝的挤出方向平行，且其上设有两个切刀23。两个切刀23以可调节的方式的垂直安装于长度标尺26上，适于沿长度标尺26上下调节，以便于切割不同长度的锡丝。长度标尺26设置于固定组件的侧面，并可在垂直于挤出方向的方向上相对于固定块22往复移动，适于带动切刀23切割锡丝。沿长度方向，长度标尺26上设有长槽，切刀23的端部穿装于长槽中，并通过一对分设于长度标尺26两端的螺母固定于长度标尺26上，当然，切刀23还可以通过其他连接方式安装于长度标尺26上。两个切刀23之间的距离即为所需的锡柱长度，实际设置时，两个切刀23之间的距离可以是2.5mm、5mm，当然也可以是其他任意值。

进一步的，在一些实施例中，挤出组件1、锡丝模具11和收集组件2竖向设置，适于使锡丝竖向挤出；收集组件2还包括设于收集腔中的收纳盒24，收纳盒24位于固定组件下方。收纳盒24设于固定组件下方，适于在切割完成且固定组件中主动块21远离固定块22以放松锡柱时，收纳掉落的锡柱，方便下一步包装流程操作。

本发明还提供了一种锡焊柱的制备方法，该方法采用上述锡焊柱的制备装置实施，具体的，包括：

在挤压腔中加入锡焊柱合金焊料，加热到预设温度后通过挤压顶柱14挤压合金焊料，使其从锡丝模具11的模孔中挤出并进入到基体的收集腔中；

进入所述收集腔中的锡丝经所述导向组件被引入固定组件，并在被所述固定组件固定后，切割组件启动并完成锡丝的切割，得到锡焊柱。

具体的，在挤压腔中加入2kgSn10Pb90合金焊料，启动加热套17为合金材料加热直至达到180-220℃，启动挤压顶柱14挤压合金焊料，被挤压的合金焊料在压力作用下从设于挤压腔下端并具有预设孔径的模孔的锡丝模具11的挤出。操作过程中，为保证锡线的挤压速度和表面质量，需要调整优化加热套17的加热温度以及挤压顶柱14的挤压压力以保证获得合适的挤出速度和表面质量较好的锡线。

经锡丝模具11挤压后的锡丝进入到收集腔中，并完成导向、固定、切割和收集，并最终得到指定长度的锡柱。

具体的，锡丝沿锡丝模具11的模孔方向前进，并在碰到导向组件的固定块22时，导向组件的主动块21启动并靠近固定块22，并将锡丝夹持在夹持槽中，使锡丝只能沿着夹持槽的方向前进。当锡丝碰到固定组件的固定块22并经长度标尺26测量前进了预设距离时，固定组件的主动块21启动并靠近固定块22，经将锡丝固定在固定组件的夹持槽中，同时切割组件的两个切刀23同时启动，将锡丝切割成预设长度的锡柱，然后固定组件放开，切割后的锡柱落入到收纳盒24中，上方的锡丝继续挤压前进，然后重复上述步骤。

操作过程中，通过气体充入管25向收集腔中充入惰性气体，并使惰性气体充满挤压腔和收集腔，同时通过测氧仪在生产过程中持续监测气氛含量以保证生产过程被有效的气氛保护，进而避免焊料氧化。

具体的，以Sn10Pb90合金为焊料，并在加热200℃时开始挤压，使焊料从锡丝模具11中孔径为1mm的锡孔中挤出，然后经导向组件、固定组件和切割组件切割成5mm的锡柱。切割后收集测量焊柱的直径长度和微观形貌，具体的，焊柱的外形测试如下表所示，微观形貌如图2所示。

表1焊柱外形测试

序号	1	2	3	4	5	6
							直径mm	1.01	1.00	1.00	1.00	0.99	1.00
长度mm	5.01	5.00	5.00	5.00	5.00	5.01

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种锡焊柱的制备装置，其特征在于，包括：

挤出组件，包括壳体和挤压顶柱；所述壳体内设两端开口的挤压腔；所述挤压顶柱插装于所述挤压腔中，适于挤压位于所述挤压腔中的焊料；

锡丝模具，具有模孔，并设于所述挤压腔的端部，适于锡丝挤出；

收集组件，包括具有收集腔的基体以及设于所述收集腔内的导向组件、固定组件和切割组件，所述收集腔与所述挤压腔密封连通，所述导向组件适于将锡丝导向所述固定组件，所述切割组件适于将固定的所述锡丝切割成锡焊柱。

2.根据权利要求1所述的锡焊柱的制备装置，其特征在于，所述基体上还设置有与所述收集腔连通的气体充入管，所述气体充入管适于充入惰性气体。

3.根据权利要求1所述的锡焊柱的制备装置，其特征在于，所述挤出组件还包括具有中心空腔的焊料存放筒，所述焊料存放筒置于所述挤压腔中，且一端与所述锡丝模具连接，另一端插装有所述挤压顶柱。

4.根据权利要求3所述的锡焊柱的制备装置，其特征在于，所述挤出组件还包括加热套，所述加热套设于所述挤压腔中，并套装于所述焊料存放筒的外侧。

5.根据权利要求1所述的锡焊柱的制备装置，其特征在于，所述导向组件和所述固定组件依次设置于所述锡丝的挤出方向上，且结构相同，均包括可对应配合的固定块和主动块，所述主动块可相对于所述固定块移动，以加紧或放松所述锡丝。

6.根据权利要求5所述的锡焊柱的制备装置，其特征在于，所述固定块和所述主动块中相对的侧面均设有可对应拼合的夹持槽，所述夹持槽适于夹持所述锡丝。

7.根据权利要求1所述的锡焊柱的制备装置，其特征在于，所述切割组件包括两个切刀，两个所述切刀沿所述锡丝的挤出方向依次布设于所述固定组件的两端。

8.根据权利要求7所述的锡焊柱的制备装置，其特征在于，所述收集组件还包括布设于所述收集腔中的长度标尺，所述长度标尺与所述锡丝的挤出方向平行，且所述长度标尺上设有两个所述切刀。

9.根据权利要求1所述的锡焊柱的制备装置，其特征在于，所述挤出组件、所述锡丝模具和所述收集组件竖向设置，适于使所述锡丝竖向挤出；所述收集组件还包括设于所述收集腔中的收纳盒，所述收纳盒位于所述固定组件下方。

10.一种锡焊柱的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任意一项所述的锡焊柱的制备装置实现，包括：

在挤压腔中加入锡焊柱焊料，加热到预设温度后通过挤压顶柱挤压焊料，使其从锡丝模具的模孔中挤出以形成锡丝并进入到所述基体的收集腔中；

进入所述收集腔中的锡丝被所述导向组件引入固定组件，并在被所述固定组件固定后，切割组件启动并完成锡丝的切割，得到锡焊柱。

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