[发明专利]一种柔性自动植球装置及植球方法

说明书

技术领域

本发明涉及坐集成电路电子封装技术领域，尤其涉及球栅阵列封装技术中的一种柔性自动植球装置及植球方法。

背景技术

随着微电子、微机电系统的快速发展，对集成电路封装技术提出了越来越高的要求，一种球栅阵列封装（Ball Grid Array，BGA）芯片被广泛应用于大规模集成电路中。该芯片封装技术中的焊球植球问题一直是最核心的问题，具体就是如何将数百颗焊球，准确地定位到器件基板的焊盘上。目前在大规模电子产品生产中大都采用“焊球制备与焊球植球”两步分开的工艺来完成BGA芯片的封装。具体过程就是，先制备出所需的焊球，然后采用植球装置将焊球准确地定位到基板器件的焊盘上，最后完成芯片的封装。其中，焊球植球工艺采用的技术方法主要有：工装钢网模板植球、真空吸附植球、激光植球、连续液滴喷射植球等，但上述方法大都存在各自的缺点和不足。

参照图1：文献“专利号为US2003/0111508Al的美国发明专利“申请公开了一种焊球真空吸附植球装置，包括焊球拾取头10、焊球存储室20和内室12等。该设备通过控制内室12的真空度来完成对焊球的拾取和释放。然而，该设备在拾取不同尺寸的焊球时，必须通过更换焊球拾取头10才可实现，导致工艺复杂。参照图2：文献“专利申请号为20110240940.4的中国发明专利”申请公开了一种激光植球系统，包括激光发生器2、储球室5、输球管道6、XY伺服工作平台10、焊接工作腔14等。该设备通过输球管道6，每次将一个焊球输送到指定的焊点位置，并通过激光发生器2对焊球进行瞬间的加热，实现单个焊球的植球。该方法可用于BGA批量原件生产，也可以在修复过程中进行单个植球。但该方法需要事先制备出合适的焊球，且需要加载激光系统，设备投入和维护费用较高。参照图3：文献“专利号为CN101140889 B的中国发明专利”申请公开了一种基于连续液滴喷射技术的自动焊球封装植入装置，包括压电振荡器2、加热器4、微型喷嘴5、加电极板6、偏转电极板8、BGA基板10、水平转动台11、真空腔室12、惰性气体储存装置20等。该系统以压电振荡器2作为激振源，将焊料熔液从微型喷嘴5中产生连续的微滴流，并经过加电极板6和偏转电极板8的充电偏转作用，可将将喷射产生的微滴焊球沉积到于事先配置好焊球位置的基板上，避免了现有技术中的焊球制备与植球分离的过程，工艺流程缩短。但该方法中焊球喷射装置采用的是压电振荡连续液滴喷射方法，需要整体的真空腔室防止氧化，由于焊球微滴的产生频率过高，需要加装充电偏转装置和回收装，且连续喷射焊球的尺寸可调性差，沉积位置精度较难控制，无法对焊球的植球效果进行实时检测。鉴于以上公开专利存在的问题，现有技术存在缺陷，需要进一步创新。

发明内容

为了克服现有焊球植球技术的缺点和不足，本发明所要解决的技术问题是提供为了克服现有焊球植球技术的缺点和不足，本发明提供一种利用微滴按需喷射技术实现球栅阵列封装芯片柔性自动植球的方法，并且提供利用该方法实现焊球柔性自动植球的装置。本发明提出一种基于微滴按需喷射技术的面向球栅阵列封装芯片的柔性自动植球装置及植球方法。

本发明所采取的技术方案是：一种柔性自动焊球封装植球装置，包括焊丝输送管道、坩埚、气压控制阀、脉冲发生器、加热炉、运动平台、CCD摄像头和计算机控制系统，其特点还包括微型喷嘴、过滤片、同轴供气腔、夹紧定位块、方向标尺。本发明采用惰性气体（如氩气和氮气）作为微滴喷射的动力源，利用脉冲发生器产生的脉冲信号控制电磁气压阀的开启/关闭，使坩埚内部产生脉冲气压，并采用导气管将脉冲气压能量瞬间集中作用于喷嘴上方的自由液面，使其按照脉冲气压的频率每次产生单个微滴。同时，计算机控制系统依据封装器件焊点位置数据参数控制运动平台的轨迹坐标，使产生的半凝固均匀单个微滴逐一准确沉积到事先设定好焊球位置的基板器件上，完成焊球的自动植球及芯片的封装，并通过CCD图像检测系统,实现植球效果的实时检测与反馈。

一种利用上述柔性自动焊球封装植球装置实现植球的方法，其特征在于包括下面的步骤：

（1）依据封装器件所需植入焊球的尺寸，选择对应的微型喷嘴直径；

（2）打开坩埚上盖，在坩埚内放入过滤片，并将块状焊料放置到过滤片上方，打开气体分流控制器和气压控制阀，向坩埚内部通入惰性保护气体，将坩埚内部的空气排出，并密封；

（3）将封装器件放置到承载基板上方，定位夹紧后，打开温度控制器设定坩埚和承载基板的加热温度，对坩埚和承载基板进行加热，熔炼坩埚内的焊料和对封装器件进行预热；