CN1947923A - 一种切丝式高密封装用钎焊球的加工设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种切丝式高密封装用钎焊球的加工设备及方法,包括:对钎料丝进行送料和切丝处理的送丝切丝结构,及对所切钎料丝进行熔化和球化冷却处理的球化机构组装而成;送丝切丝机构的送丝平台前端设置有切丝机构,切丝机构的下端设置有球化机构的加热冷却管管口。本发明利用一套异步送丝和切丝机构来精密控制切丝重量而控制钎焊球大小,采用有机油熔化和冷却的方法生产钎焊球,产品球化效果好,加工工艺简单,操作方便,焊球大小容易精确控制,可以获得尺寸较小的钎焊球。

Description

一种切丝式高密封装用钎焊球的加工设备及方法
技术领域:
本发明涉及微电子用材料的加工设备技术领域,尤其是一种切丝式高密封装用钎焊球的加工设备及方法。
背景技术:
目前,随着电子产品向便携式、小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展,对电子组装技术提出了更高的要求,新的高密度组装技术不断涌现,其中球栅阵列封装(BGA:Ball Grid Array)就是一项已经进入使用阶段的高密度组装技术,在这些封装技术中,钎焊球是电子封装的关键材料;国外对钎焊球的研究比较成熟,已经可以生产各种规格的钎焊球,满足电子封装的需要,但国内研究很少,中国上海的蒋屹申请了专利《一种低银焊球的制造方法》(9511332.2),该专利仅仅适用于大功率管散热片焊接的低银焊球的制造,且采用切丝烧结的方法生产;北京张道光申请了电子封装用焊球的制造方法,该专利是通过线材的熔融,依靠重力脱落而生成焊球,该方法焊球大小难以精确控制,且焊球尺寸一般较大,不满足高密度组装技术的要求;这使我国钎焊球需求依赖进口,增加了我国电子产品的生产成本,严重制约着我国芯片制造业的发展。
发明内容:
为解决现有技术存在的缺陷,本发明的目的是提供一种切丝式高密封装用钎焊球设备及工艺方法。本发明利用一套异步送丝和切丝机构来精密控制切丝重量而控制钎焊球大小,采用有机油熔化和冷却的方法生产钎焊球,产品球化效果好,加工工艺简单,操作方便,焊球大小容易精确控制,可以获得尺寸较小的钎焊球。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案:
所述的切丝式高密封装用钎焊球的加工设备,其主要由对钎料丝进行送料和切丝处理的送丝切丝机构,及对所切钎料丝进行熔化和球化冷却处理的球化机构组装而成;送丝切丝机构的送丝平台前端设置有切丝机构,切丝机构的下端设置有球化机构的加热冷却管管口。
钎焊球典型生产过程如下:送料电机通过传动轴、齿轮副带动送料辊使钎料丝进给,通过与送料电机异步的电机带动切丝机构获得一定重量的钎料丝,经加热到一定温度的有机油熔化后再球化冷却,送入钎料球槽。
所述的送丝切丝机构主要由送丝机构和切丝机构组成。其中送丝机构主要由送丝用步进式电机、传动齿轮、送丝辊、钎焊丝及固定轴组成;切丝机构主要由切丝用步进式电机、凸轮、顶杆、切刀、压块以及砧板组成。其送丝切丝过程如下:送丝用步进电机通过传动轴将动力传输给齿轮,齿轮与安装在送丝辊的两个齿轮通过齿轮副相连,送丝辊的两个齿轮也通过一对齿轮副分别带动一对送丝辊,将钎焊丝送入切丝机构的压块下方;送丝辊的一侧安装有钎焊丝固定轴,送丝辊的另一侧安装有压块、砧板和切刀,砧板固定在机架上,砧板上表面与驱动送丝辊的顶部齐平;压块和切刀分别通过顶杆与凸轮相连,凸轮、顶杆通过传动轴与切丝用步进电机动力输出轴相连,从而达到切丝目的。
所述的球化机构主要由钎焊球加热冷却管、温度控制仪和钎料球槽组成。钎焊球加热冷却管安装在切刀与钎焊丝接触点的正下方,钎焊球加热冷却管内充满有机油,钎焊球加热冷却管分为钎料加热熔化和钎料冷却两部分,钎料加热熔化部分的外周安装有两个加热环,加热环的距离可调整,钎料的熔化时间与距离成正比,钎料冷却部分内设置有卸料阀门,并与钎料球槽相连;两个加热环与温度控制仪相连,热电偶一端接钎焊球加热冷却管的钎料加热熔化部分内,另一端接温度控制仪。
所述的切丝式高密封装用钎焊球的加工方法为:
a、送丝切丝机构的调整:操作步进电机的脉冲发生器,调整送丝用动力步进电机和切丝用动力步进电机,使两个步进电机在接到控制脉冲后,其动力通过传动轴传递,送丝动作和切丝动作异步进行,同时保证切丝动力步进电机带动的凸轮机构使压紧动作和切丝动作有效进行;调整钎焊丝固定轴上的钎焊丝和送丝辊,使钎焊丝按照一定方向和位置送进。
b、球化机构的调整:调整钎焊球加热冷却管上的两个加热环的位置,使两个加热环在进行加热时能有效加热,并使切后的钎焊丝在钎焊球加热冷却管内有效熔化、球化和冷却,调整温度控制仪和热电偶,使其有效控制钎焊球加热冷却管加热熔化段的温度,并自动保证加热熔化段的温度。
由于采用了上述技术方案,本发明具有如下优越性:
本发明所提供的一种切丝式高密封装用钎焊球的加工设备及方法,解决了目前钎焊球生产大小难以精确控制,且焊球尺寸一般较大,不满足高密度组装技术的要求的问题;还解决了钎焊球设备技术落后的问题;由于本发明采用了精密控制切丝重量而控制钎焊球大小的方法,利用一套异步送丝和切丝机构,采用有机油熔化和冷却的加工工艺,产品球化效果好,加工工艺简单,操作方便,焊球大小容易精确控制,可以获得尺寸较小的钎焊球,并降低了生产成本,增强我国电子产品的市场竞争力。
附图说明:
图1是切丝式高密封装用钎焊球加工设备结构原理示意简图;
图2是切丝式高密封装用钎焊球加工工艺流程图。
图中标号:
1-钎焊丝固定轴;2、3-齿轮;4-送丝用步进式电机;5-切丝用步进式电机;6-机架;7-阀门;8-钎焊球加热冷却管;9-凸轮;10-温度控制仪;11-热电偶;12-加热环;13-切刀;14-压块;15-送丝辊;16-钎料球槽;17-传动轴;18-顶杆;19-砧板
具体实施方式:
本发明所提供的切丝式高密封装用钎焊球的加工设备,主要由对钎料丝进行送料和切丝处理的送丝切丝机构,及对所切钎料丝进行熔化和球化冷却处理的球化机构组装而成。送丝切丝机构的送丝平台前端设置有切丝机构,切丝机构的下端设置有球化机构的加热冷却管管口。
钎焊球典型生产过程如下:送料电机通过传动轴、齿轮副带动送料辊使钎料丝进给,通过与送料电机异步的电机带动切丝机构获得一定重量的钎料丝,经加热到一定温度的有机油熔化后再球化冷却,送入钎料球槽。
其中送丝机构主要由送丝用步进式电机4、传动齿轮2、3,送丝辊15、钎焊丝及固定轴1组成;切丝机构主要由切丝用步进式电机5、凸轮9、顶杆18、切刀13、压块14以及砧板19组成。其送丝切丝过程如下:送丝用步进电机4通过传动轴17将动力传输给齿轮2,齿轮2与安装在送丝辊15的两个齿轮通过齿轮副相连,送丝辊15的两个齿轮也通过一对齿轮副分别带动一对送丝辊,将钎焊丝送入切丝机构的压块14下方;送丝辊15的一侧安装有钎焊丝固定轴1,送丝辊15的另一侧安装有压块14、砧板19和切刀13,砧板19固定在机架6上,砧板19上表面与驱动送丝辊15的顶部齐平;压块14和切刀13分别通过顶杆18与凸轮9相连,凸轮9、顶杆18通过传动轴与切丝用步进电机5动力输出轴相连,从而达到切丝目的。
所述的球化机构主要由钎焊球加热冷却管8、温度控制仪10和钎料球槽16组成。钎焊球加热冷却管8安装在切刀13与钎焊丝接触点的正下方,钎焊球加热冷却管8内充满有机油,钎焊球加热冷却管8分为钎料加热熔化和钎料冷却两部分,钎料加热熔化部分的外周安装有两个加热环12,加热环12的距离可调整,钎料的熔化时间与距离成正比,钎料冷却部分内设置有卸料阀门7,并与钎料球槽16相连;两个加热环12与温度控制仪10相连,热电偶11一端接钎焊球加热冷却管8的钎料加热熔化部分内,另一端接温度控制仪10。
如图1所示,所述的切丝式高密封装用钎焊球加工设备,其送丝切丝机构固定安装在机架6上,主要由送丝用步进电机4的传动轴17将动力传输给齿轮2,齿轮2与安装在送丝辊的两个齿轮3通过齿轮副相连,动力经送丝辊15的两个齿轮3分别带动一对送丝辊,从而使钎焊丝送进,送丝辊15的一侧安装有钎焊丝固定轴1,用于安装钎焊丝,送丝辊15的另一侧安装有压块14、砧板19和切刀13,分别用于压紧钎焊丝和切断,砧板19固定在机架6上,砧板19上表面与驱动送丝辊顶部齐平,压块14和切刀13分别通过顶杆18与凸轮9相连,凸轮传动轴与切丝用步进电机5动力输出轴相连;其球化机构固定安装在机架6上,主要由钎焊球加热冷却管8和温度控制仪10组成,钎焊球加热冷却管8安装在切刀13与钎焊丝接触点的正下方,钎焊球加热冷却管8内充满有机油,用于熔化和球化切断的钎焊丝,钎焊球加热冷却管8分为钎料加热熔化和钎料冷却两部分,钎料加热熔化部分的外周安装有两个加热环12,用于加热该钎料加热熔化部分,加热环的距离可调整,钎料的熔化时间与距离成正比,本发明依据所切钎料丝的自身重力对其进行控制;钎料冷却部分内设置有两个阀门7,并与充满有机油的钎料球槽16相连,两个加热环12与温度控制仪10相连,热电偶11一端接于钎焊球加热冷却管钎料的加热熔化部分内,另一端接温度控制仪10,用于控制钎焊球加热冷却管加热熔化段的温度。
钎焊球加工时,先操作步进电机的脉冲发生器,调整送丝动力步进电机4和切丝动力步进电机5,使两个步进电机在接到控制脉冲后,其动力通过传动轴17传递,送丝动作和切丝动作异步进行,同时保证切丝动力步进电机带动的凸轮机构使压紧动作和切丝动作有效进行,调整钎焊丝固定轴1上的钎焊丝和送丝辊15,使钎焊丝按照一定方向和位置送进;再调整钎焊球加热冷却管8上的两个加热环12的位置,使两个加热环12在进行加热时能有效加热,并使切后的钎焊丝在钎焊球加热冷却管8内有效熔化、球化和冷却,调整温度控制仪10和热电偶11,使其有效控制钎焊球加热冷却管加热熔化段的温度,并自动保证加热熔化段的温度;最后输入正确控制脉冲,在一个脉冲周期内,两个步进电机各工作半个周期,前半个周期送丝用步进电机4带动送丝辊15使钎焊丝送进一定长度,后半个周期切丝用步进电机5带动凸轮9先后使钎焊丝压紧和切断,切断后的钎焊丝进入钎焊球加热冷却管8,在下落的过程中,钎焊丝在钎焊球加热冷却管8中熔化、球化和冷却,然后经阀门7进入钎料球槽16。
本发明中所使用的钎料可使用成分比例为63∶37的锡铅合金或者是成份比例为76.8∶20∶3.2的锡锑铜合金(钎料合金有多种可选的成分比例,这里仅举出一种);其中锡铅合金的熔点为183摄氏度,熔化温度为240至260摄氏度;锡锑铜合金的熔点为217摄氏度,其熔化温度为250至280摄氏度。另外,将熔化后的钎料在加热冷却管内进行冷却时,可将其冷却到室温温度。
切丝式高密封装用钎焊球的加工工艺流程图如图2所示。切丝式高密封装用钎焊球的加工方法为:
a、送丝切丝机构的调整:操作步进电机的脉冲发生器,调整送丝用动力步进电机和切丝用动力步进电机,使两个步进电机在接到控制脉冲后,其动力通过传动轴传递,送丝动作和切丝动作异步进行,同时保证切丝动力步进电机带动的凸轮机构使压紧动作和切丝动作有效进行;调整钎焊丝固定轴上的钎焊丝和送丝辊,使钎焊丝按照一定方向和位置送进。
b、球化机构的调整:调整钎焊球加热冷却管上的两个加热环的位置,使两个加热环在进行加热时能有效加热,并使切后的钎焊丝在钎焊球加热冷却管内有效熔化、球化和冷却,调整温度控制仪和热电偶,使其有效控制钎焊球加热冷却管加热熔化段的温度,并自动保证加热熔化段的温度。
综上所述,利用本发明,不仅可解决目前钎焊球生产大小难以精确控制,且焊球尺寸一般较大,不满足高密度组装技术的要求的问题,还可解决钎焊球设备技术落后的问题;由于本发明采用了精密控制切丝重量而控制钎焊球大小的方法,利用一套异步送丝和切丝机构,采用有机油熔化和冷却的加工工艺,产品球化效果好,加工工艺简单,操作方便,焊球大小容易精确控制,可以获得尺寸较小的钎焊球,并降低生产成本,进而可增强我国电子产品的市场竞争力。

Claims (4)

1、一种切丝式高密封装用钎焊球的加工设备,其特征在于:其主要由对钎料丝进行送料和切丝处理的送丝切丝机构,及对所切钎料丝进行熔化和球化冷却处理的球化机构组装而成;送丝切丝机构的送丝平台前端设置有切丝机构,切丝机构的下端设置有球化机构的加热冷却管(8)管口。
2、如权利要求1所述的切丝式高密封装用钎焊球的加工设备,其特征在于:其送丝机构主要由送丝用步进式电机(4)、传动齿轮(2、3)、送丝辊(15)、钎焊丝及固定轴(1)组成;切丝机构主要由切丝用步进式电机(5)、凸轮(9)、顶杆(18)、切刀(13)、压块(14)以及砧板(19)组成;送丝用步进电机(4)通过传动轴(17)将动力传输给齿轮(2),齿轮(2)与安装在送丝辊(15)的两个齿轮通过齿轮副相连,送丝辊(15)的两个齿轮也通过一对齿轮副分别带动一对送丝辊,将钎焊丝送入切丝机构的压块(14)下方;送丝辊(15)的一侧安装有钎焊丝固定轴(1),送丝辊(15)的另一侧安装有压块(14)、砧板(19)和切刀(13),砧板(19)固定在机架(6)上,砧板(19)上表面与驱动送丝辊(15)的顶部齐平;压块(14)和切刀(13)分别通过顶杆(18)与凸轮(9)相连,凸轮(9)、顶杆(18)通过传动轴与切丝用步进电机(5)动力输出轴相连,从而达到切丝目的。
3、如权利要求1所述的切丝式高密封装用钎焊球的加工设备,其特征在于:其球化机构主要由钎焊球加热冷却管(8)、温度控制仪(10)和钎料球槽(16)组成;钎焊球加热冷却管(8)安装在切刀(13)与钎焊丝接触点的正下方,钎焊球加热冷却管(8)内充满有机油,钎焊球加热冷却管(8)分为钎料加热熔化和钎料冷却两部分,钎料加热熔化部分的外周安装有两个加热环(12),加热环(12)的距离可调整,钎料的熔化时间与距离成正比,钎料冷却部分内设置有卸料阀门(7),并与钎料球槽(16)相连;两个加热环(12)与温度控制仪(10)相连,热电偶(11)一端接钎焊球加热冷却管(8)的钎料加热熔化部分内,另一端接温度控制仪(10)。
4、一种切丝式高密封装用钎焊球的加工方法,其特征在于:
a、送丝切丝机构的调整:操作步进电机的脉冲发生器,调整送丝用动力步进电机(4)和切丝用动力步进电机(5),使两个步进电机在接到控制脉冲后,其动力通过传动轴传递,送丝动作和切丝动作异步进行,同时保证切丝动力步进电机(5)带动的凸轮机构(9)使压紧动作和切丝动作有效进行;调整钎焊丝固定轴上的钎焊丝和送丝辊(15),使钎焊丝按照一定方向和位置送进;
b、球化机构的调整:调整钎焊球加热冷却管(8)上的两个加热环(12)的位置,使两个加热环(12)在进行加热时能有效加热,并使切后的钎焊丝在钎焊球加热冷却管(8)内有效熔化、球化和冷却,调整温度控制仪(10)和热电偶(11),使其有效控制钎焊球加热冷却管(8)加热熔化段的温度,并自动保证加热熔化段的温度。
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