[发明专利]自动焊球封装植球方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于电子封装技术领域，具体涉及一种球栅阵列封装(Ball Grid Array，BGA)技术中的自动焊球封装植球方法与装置。

背景技术

近年来，随着电路的集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，球栅阵列封装技术在电子封装中得到了广泛地应用。该封装技术最令人关注的焦点即是如何将数百颗锡球，定位在基板的焊点上。目前在大规模电子产品的生产中采用机械吸盘植球技术存在着漏植，植球步骤多，成本高和特定设备只能针对单一尺寸焊球等缺点。

专利申请CN1899732提出了一种精密焊球的制备方法及装置，利用射流断裂的原理，用压电振荡器产生的振动激振金属射流并使金属射流断裂为均匀的液滴，产生的金属液滴在具有一定温度梯度的凝固剂中凝固成真圆度非常高的精密焊球。该专利申请具有工艺流程短，设备投资少，生产效率高的优点，但该种焊球制备装置和方法由于在精密焊球制备过程中金属射流容易受到环境的影响，导致产生的焊球存在一定粒径分布，且在制备过程中无法进行实时调整和控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够将均匀液滴喷射装置制备的均匀尺寸的焊球直接准确地植入于事先配置好焊球位置的BGA基板的焊点上的装置。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种自动焊球封装植球装置，包括真空腔室、固定在真空腔室上方的坩埚、气压控制器、压电振荡器、信号发生器、加电极板、偏转极板、水平传动台和微机控制系统，其中，坩锅侧壁和真空腔室侧壁分别通过各自的输气管和阀门与气压控制器相连，在坩埚与真空腔室内分别设置有压力传感器，气压控制器根据压力传感器的输入调节坩埚和真空腔室内的气体压力，坩埚和真空腔室分别与惰性气体储藏装置相连；坩埚的底部设置有与真空腔室相连通的微型喷嘴，压电振荡器的振动头位于微型喷嘴的上方，信号发生器在微机控制系统的控制下生成振荡信号，信号发生器输出的振荡信号加载在压电振荡器上；加电极板、偏转极板、水平传动台位于真空腔室内，加电极板设置在微型喷嘴的下方，其上相对与喷嘴的位置处设置有开口，加电极板的下方两侧设置有偏转极板，偏转极板的电源与微机控制系统相连，水平传动台位于真空腔室的底部，受微机控制系统的控制；在真空腔室的侧壁上设置有闪频器和摄像装置，摄像装置与微机控制系统相连，闪频器的闪烁频率受到与信号发生器的输出相连的分频器的控制；微机控制系统里存储有焊点位置，能根据所采集的图像，计算液滴的直径，反馈控制压电振荡器的振荡频率，并根据液滴大小，电荷数、下落距离参数以及焊点位置，控制偏转极板电源电压和水平传动台的位移。

本发明的自动焊球封装植球装置，微型喷嘴可以是蓝宝石小孔，其直径范围可以在0.050～5.000mm之间；压电振荡器的振动频率范围可以在1～20kHz之间。

作为进一步的优选方案，自动焊球封装植球装置的坩锅内最好置有与控温装置相连的测温元件，坩埚的加热器与控温装置相连；在偏转极板和水平传动台之间也应当设置有挡板。

本发明还提供一种上述自动焊球封装植球装置所采用的植球方法，它包括下列步骤：

(1)将焊点位置参数输入计算机控制系统；

(2)打开坩锅上盖，在坩锅中加入需熔炼的焊料，并密封；

(3)密封真空腔室；

(4)对真空腔室抽真空，对坩锅和真空腔室充入惰性保护气体；

(5)加热坩锅，熔化坩锅内的焊料；

(6)打开压电振荡器，给加电极板加上电压，向坩锅内输入惰性保护气体，利用压力控器使坩锅与真空腔室之间达到稳定压差，从而使熔融焊料从坩锅底部的微孔以层流射流的形式射出，在压电振荡器振动头的作用下，流出的焊料射流断裂为均匀的液滴，在通过加电极板中间开口时每个液滴都带上等量电荷；

(7)计算机控制系统利用计算机图象分析软件，根据摄像装置所拍摄的液滴图象计算出液滴的直径，反馈控制调整振荡器产生的频率，从而获得设定尺寸的均匀液滴；

(8)给偏转极板加电，微机控制系统根据液滴大小，电荷数及下落距离参数控制偏转极板电场的大小，控制焊料液滴的飞行轨迹，并配合水平传动台协调工作；

(9)使半凝固均匀焊料液滴落在放置在水平传动台上的BGA基板的已设置好的焊点处。

作为优选实施例，在偏转极板和水平传动台之间还应设置挡板，在执行上述的步骤(9)之前，利用挡板阻挡液滴滴落在水平传动台上，待工艺参数调整完毕后，移去挡板，执行步骤(9)；坩锅内还应当置有与控温装置相连的测温元件，坩埚的加热器与控温装置相连，利用控温装置控制坩埚温度。