CN201893320U - 一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置 - Google Patents

Abstract

一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于包括上料管、料仓、外套、活门和帽盖，上料管、料仓与活门依次连接，其管腔沿轴向相对，料仓与活门分别套装于外套和帽盖内，帽盖具有出料口，且出料口与活门管腔相对。焊柱通过上料管装于植柱装置的管腔内，植柱时，将植柱装置垂直放置于被焊管壳上，料仓在外套内带动活门沿轴向运动，从而利用活门管腔的开闭控制焊柱的送出，实现对焊柱的自动植柱。利用本实用新型解决了人工植柱费时费力且精度低的问题，大大提高了工作效率与植柱精度。

Description

一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置

技术领域

本实用新型涉及一种植柱装置，特别是一种采用陶瓷柱栅阵列工艺封装时的植柱装置，属于集成电路封装技术领域。

背景技术

陶瓷柱栅阵列(CCGA，Ceramic Column Grid Array)封装是在陶瓷球栅阵列(CBGA，Ceramic Ball Grid Array)封装形式的扩展。当CBGA封装尺寸大于32mm时，CBGA焊球的可靠性降低，满足不了高可靠应用的场合。CCGA封装采用柱状引脚替代CBGA的球形引脚，其可靠性与散热性能得到了很大提高，同时，由于采用陶瓷封装和柱状引脚形式，使得CCGA件具有良好的抗潮湿性能，形成CCGA较长的使用寿命和高可靠性，在军事、航天和电信领域的应用正不断增加。

国际上CCGA封装已经在FPGA、DSP、SoC等高端产品中得到了大批量应用，CCGA产品的输出端子已经达到2000个以上。CCGA有1.27mm、1.0mm两种节距。植柱模式有两种：第一种方式是带载板方式，焊柱通过载板(通常为陶瓷板)固定后，再整体与外壳进行对准并回流完成焊接；第二种方式是焊线柱方式，焊柱通过与外壳基板焊盘位置完全一致的石墨模板进行固定，再进行回流焊，焊接完成后脱模。本专利就属于焊线柱方式中焊柱的分配装置。

但在国内CCGA封装还处于研发阶段，缺少相关的技术研发基础和设备，并且由于国外的技术封锁，也未检索到国内有与CCGA的植柱方法和设备相关的资料。而在具体使用时，一般采用手工通过镊子夹持焊柱一根一根进行植柱。效率低，一致性差，镊子夹持力还会损伤焊柱表面。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种陶瓷柱 栅阵列封装植柱装置，该装置解决了对集成电路进行CCGA封装时，只能由人工操作而无法对焊柱自动排列的问题，同时还避免了由于人工植柱采用夹子夹取焊柱形成的表面夹持力，对焊柱造成的伤害问题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于包括：上料、料仓、外套、活门和帽盖，上料管的上端开口用于填充焊柱，上料管的下端开口与料仓的上端口相连，上料管的管腔尺寸大于焊柱的直径，且至少小于焊柱直径长度的两倍，从而使得焊柱只能在管腔中首尾相接的排列；料仓套于外套中，料仓可在外套中沿轴向上下运动，料仓的内腔直径大于焊柱直径，但小于上料管的管腔尺寸；帽盖套于外套下端，帽盖底端有与焊柱直径相适应的出料口，帽盖内部还有挡板，帽盖的挡板形成中央开口；活门为具有中空管腔且下端受到径向力可收缩的装置，活门与料仓相连，活门的管腔与料仓的内腔相接且在不收缩时与料仓的内腔相适应，活门沿垂直于料仓轴向的径向直径从上到下逐渐扩大，活门受料仓的带动与料仓沿同一个方向运动，当活门受到垂直于料仓轴向的径向力时，活门的管腔将收缩后锁紧。

当植柱时，焊柱经上料管装于料仓内，料仓不受轴向的下压力时，活门的管腔受帽盖的挡板的径向力处于锁紧状态；沿轴向压下料仓时，料仓沿轴向向下推动活门，当活门运动到径向直径等于或小于帽盖的挡板中央开口直径时，活门的管腔将开启，焊柱可从料仓落入活门并经帽盖的出料口送出；沿轴向抬起料仓时，料仓将沿轴向向上活动并带动活门恢复到原始位置，活门的管腔被帽盖的挡板锁紧。

所述的料仓的下端还安装有弹性装置，当料仓受力向下运动时，弹性装置被压缩，当料仓不受力时，弹性装置可推动料仓恢复至原位置。

所述的料仓上部安装有压板，压动或抬起压板可使料仓在外套中沿轴向向下或向上运动。当安装有弹性装置时，料仓可在不压压板时凭借弹性装置恢复至原位置。

所述的料仓上部有凸起，所述的外套上端有向内突出的歧口，料仓上部的凸起与外套上端的歧口相适应，用以控制料仓向上运动时相对于外套的最高恢复位置。

所述的上料管的管腔、料仓的内腔、活门的管腔和帽盖的出料口内孔径的尺寸基本一致，但轴向度依次提高，从而保证焊柱轴线与植柱面的垂直度逐段提高。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)利用本实用新型可在植柱时实现焊柱的自动排列，明显提高了工作效率。

(2)采用本实用新型可保证焊柱送出时的垂直度，且无夹持力作用于焊柱表面，具有便于操作、成品一致性好的优点。

(3)本实用新型除可手工操作外，还可利用压板固定在固定台上，利用振动气缸实现自动植柱。

附图说明

图1为植柱装置示意图；

图2为料仓剖视图；

图3为活门剖视图；

图4为采用本实用新型自动植柱时的安装图。

具体实施方式

下面就结合具体实施方式对本实用新型做进一步介绍。

如图1，为本实用新型所述的陶瓷柱栅阵列封装植柱装置的沿轴线的剖视图，包括：上料管1、料仓3、外套4、活门5和帽盖6，同时还包括压板2与卡套7。

其中，上料管1为两端开口的软管，用于向植柱装置填充焊料；料仓3利用其内腔可在植柱时存储预使用的焊柱，并使其可沿料仓3轴线方向上下依次排列；活门5为用于控制焊柱输出的开关装置，在合适的时间间隔内，活门每 打开一次，可送出一个焊柱；外套4与帽盖6用于套装料仓3与活门5；帽盖6具有与活门开口相对的出料口61。在本实施例中的压板2安装于料仓3超出于外套4之上的部位，利用压板2可控制料仓3在外套4内沿轴向的运动。

采用本实施例的植柱装置对CCGA封装形式集成电路进行植柱时，植柱装置将垂直于被焊的陶瓷管壳的引脚面放置。

上料管1上端用于连接填装焊料的料斗，下端与料仓3内腔的上开口对接，可通过螺母进行固定。CCGA封装采用的焊料为直径0.5mm，轴长2.2mm的圆柱，材质为铅锡焊料，表面镀金的焊柱。为使焊柱能首尾相接的顺序进入上料管1，且不发生堵塞，上料管1的管腔直径要略大于焊料的直径，且要小于2倍的焊料的直径。本实施例中，上料管1的管腔直径大于焊柱直径0.2～0.5mm。同时，由于在植柱时，料仓3的上下活动会影响上料管1的整体形状，组装时可取上料管1的长度大于两接头直线距离3～5mm，使得两端接好后上料管1会具有一定的弧度，且该弧度要远大于90度，不形成死角。通过此种设计保证了在料仓3上下运动时，不会影响向上料管1中填充焊柱。

如图2所示为本实用新型实施例中料仓3沿轴线的剖视图。料仓3为组合回转体结构，有中空的管腔，采用刚性材料制造。管腔的直径大于焊柱直径0.1～0.15mm，因此，焊柱在料仓3内的同轴度比在上料管1里的同轴度高。料仓3套于外套4中，外套4的上端开口向内突出形成歧口并与料仓3上端向外的凸起相适应。当料仓3在外套4中向上运动时，可利用此设计卡住料仓3，从而限定了料仓3在外套4内运动的最高恢复位置。本实施例中，为便于对料仓3上下运动的操控，在料仓3超出外套4的上部，安装有挡板2。挡板2可以手压，或者利用气缸配合气动控制装置的方式压动。

如图3所示为本实用新型实施例中活门沿轴线的剖面图。活门5与料仓3的下端相连接。活门5为具有中空管腔、下端受径向力时可收缩锁紧管腔的结构。活门5的管腔与料仓3的内腔相接，活门5管腔的直径大于焊柱直径0.08～0.15mm。活门5处于开启状态时，管腔可允许焊柱从中竖直滑出。在本 实施例中，活门5上端为台阶轴结构；下端为截顶圆锥结构，锥面上端外径为2.1mm，锥面下端外径3.6mm。在活门5的圆锥面上均匀的开有四个宽度为0.2mm，深度是为2.1mm的槽，沿垂直于轴向的径向挤压圆锥面部分，四个槽将收缩，从而使得中空管腔锁紧，焊柱无法通过，活门处于锁紧状态。对于活门中槽的设计，还可均匀开有三个槽，从而在锁紧时，柱、锥部分的同轴性将更好。当不实施植柱时，料仓3与活门5处于原始位置，此时活门5受到径向力，焊柱被保持于植柱装置中。在实施植柱时，料仓3带动活门5向下运动时，由于活门5沿外径变小的方向运动，径向力消失，管腔打开，焊柱落出。控制好时间间隔，每送出一个焊柱，料仓3升起从而带动活门5重新返回至锁紧位置。除本实施例所示活门结构外，本实用新型中的活门还可采用与本实施例中所示活门具有相同作用的结构，以保证整个装置的功能。

整个植柱装置的下端安装有帽盖6，帽盖6顶端还有出料口61，用于保证焊柱送出位置的稳定。出料口内孔径大于焊柱直径0.05～0.08mm，使焊柱经料仓3的内腔、活门5的管腔到过出料口，其轴线对植柱面的垂直度依次提高。在帽盖6的内部还具有挡板62，挡板62围绕帽盖的内壁向内延伸，并形成一个中央开口，中央开口的直径可在不实施焊接时保证活门5受到径向力而锁紧。在本实施例中，为更好的保证活门5的锁紧，采用了卡套7，卡套7为圆柱筒形结构，下部直径大于上部直径，卡套7放置于在挡板62上，安装活门5时，将活门5从上到下穿过卡套7后再与料仓3相连。卡套7的内径可为活门5提供上述用于锁紧的径向力。

在本实施例中，为进一步实现本实用新型的自动化程度，在料仓3下端与帽盖6的挡板62间安装有弹簧。弹簧被安装后始终处于压缩状态，当料仓3受到下压力向下运动时，弹簧将被进一步压缩。下压力消失时，弹簧凭借自身的张力可推动料仓3至原始恢复位置。当采用卡套7时，弹簧安装于料仓3与卡套7间，料仓3不受力时，弹簧仍可凭此时的张力，将卡套7顶于挡板62上。

本实用新型的植柱装置可采用手动或自动的方式进行操作。手动操作时，手握外套保持植柱装置与植柱面相垂直，利用料斗或人工向上料管1中填充焊柱，并逐次下动压板送出焊柱后，再移动到下一位置。自动操作时，如图4所示，可将植柱装置与被焊管壳固定于工作台上，振动器9用于下压压板2。调整好气缸的推进时间间隔以及植柱装置与被焊管壳10每次的相对移动方式、水平间隙以及垂直距离后，进行操作。气缸9推动一次，下压压板2一次，再按照定义的移动方式移动植柱装置或被焊管壳10一次，依次进行直到全部焊柱植柱完成。对于自动操作时，为便于将本实用新型的植柱装置进行固定，还可在外套4的外侧设置凸起42，并采用图1所示的相应方式进行固定。

本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于包括：上料管(1)、料仓(3)、外套(4)、活门(5)和帽盖(6)，上料管(1)的上端开口用于填充焊柱，上料管(1)的下端开口与料仓(3)的上端口相连，上料管(1)的管腔尺寸大于焊柱的直径，且至少小于焊柱直径长度的两倍，从而使得焊柱只能在管腔中首尾相接的排列；料仓(3)套于外套(4)中，料仓(3)可在外套(4)中沿轴向上下运动，料仓(3)的内腔直径大于焊柱直径，但小于上料管(1)的管腔尺寸；帽盖(6)套于外套(4)下端，帽盖(6)底端有与焊柱直径相适应的出料口(61)，帽盖(6)内部还有挡板(62)，帽盖的挡板(62)形成中央开口；活门(5)为具有中空管腔且下端受到径向力可收缩的装置，活门(5)与料仓(3)相连，活门(5)的管腔与料仓(3)的内腔相接且在不收缩时与料仓(3)的内腔相适应，活门(5)垂直于料仓(3)轴向的径向直径从上到下沿逐渐扩大，活门(5)受料仓(3)的带动与料仓(3)沿同一个方向运动，当活门(5)受到垂直于料仓(3)轴向的径向力时，活门(5)的管腔将收缩后锁紧。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于：所述的料仓(3)的下端还安装有弹性装置，当料仓(3)受力向下运动时，弹性装置被压缩，当料仓(3)不受力时，弹性装置可推动料仓(3)恢复至原位置。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于：所述的料仓(3)上部安装有压板(2)，压动或抬起压板(2)可使料仓(3)在外套(4)中沿轴向向下或向上运动。

4.根据权利要求1或2所述的一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于：所述的料仓(3)上部安装有压板(2)，压动压板(2)可使料仓(3)在外套(4)中沿轴向向下运动；不压动压板(2)料仓(3)可凭借弹性装置恢复至原位置。 

5.根据权利要求1或2所述的一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于：所述的料仓(3)上部有凸起，所述的外套(4)上端有向内突出的歧口，料仓(3)上部的凸起与外套(4)上端的歧口相适应，用以控制料仓(3)向上运动时相对于外套(4)的最高恢复位置。

6.根据权利要求3所述的一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于：所述的料仓(3)上部有凸起，所述的外套(4)上端有向内突出的歧口，料仓(3)上部的凸起与外套(4)上端的歧口相适应，用以控制料仓(3)向上运动时相对于外套(4)的最高恢复位置。

7.根据权利要求1或2所述的一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置，其特征在于：所述的上料管(1)的管腔、料仓(3)的内腔、活门(5)的管腔和帽盖(6)的出料口内孔径的尺寸基本一致，但轴向度依次提高，从而保证焊柱轴线与植柱面的垂直度逐段提高。 

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