本發(fā)明涉及微電子用材料的加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種自動切絲式釬焊球的制取設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類社會已全面邁入信息時代，以集成電路為核心的現(xiàn)代電子制造技術(shù)已成為衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。球柵陣列封裝（Ball Grid Array，BGA）技術(shù)在近幾年發(fā)展十分迅速，在現(xiàn)代微電子中應(yīng)用十分廣泛，在大規(guī)模集成電路中起至關(guān)重要的作用，而電子封裝技術(shù)中釬焊球是關(guān)鍵材料。國外對釬焊球的研究比較成熟，已經(jīng)可以生產(chǎn)各種規(guī)格的釬焊球，滿足電子封裝的需要，但國內(nèi)研究很少，中國上海的蔣屹申請了專利《一種低銀焊球的制造方法》(9511332.2)，該專利僅僅適用于大功率管散熱片焊接的低銀焊球的制造，且采用切絲燒結(jié)的方法生產(chǎn)；北京張道光申請了封裝材料用的焊球制造方法（CN1355075A），該專利是通過線材的熔融，依靠重力脫落而生成焊球，該方法焊球大小難以精確控制，且焊球尺寸一般較大，不滿足高密度組裝技術(shù)的要求。這使我國釬焊球需求依賴進(jìn)口，增加了我國電子產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，嚴(yán)重制約著我國芯片制造業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為彌補(bǔ)現(xiàn)有BGA焊球制備技術(shù)存在的空缺，本發(fā)明的目的在于提供一種自動切絲式釬焊球的制取設(shè)備及方法。本發(fā)明是采用一套同步送絲和切絲機(jī)構(gòu)來精確控制切絲長度，從而控制釬焊球大小，然后經(jīng)過球化成形制取釬焊球。本技術(shù)加工效率高，生產(chǎn)工藝簡單，球化效果好，產(chǎn)品精度高。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：一種自動切絲式釬焊球的制取設(shè)備，包括自上而下依次設(shè)置的送絲機(jī)構(gòu)、切絲機(jī)構(gòu)、球化機(jī)構(gòu)和收集機(jī)構(gòu)，其特征在于：送絲機(jī)構(gòu)包括送絲滾筒、送絲輥組、送絲動力電機(jī)和傳動裝置，送絲輥組設(shè)置在送絲滾筒的下方，每組送絲輥組包括兩個送絲輥，在送絲輥的表面設(shè)有小于焊絲直徑且供焊絲通過的溝槽，由送絲動力電機(jī)通過傳動裝置驅(qū)動送絲輥組中的送絲輥對向轉(zhuǎn)動，使送絲輥上位置相對的溝槽對合以牽引并推動焊絲進(jìn)入下方的切絲機(jī)構(gòu)；所述的切絲機(jī)構(gòu)包括兩個切絲齒輪、切絲動力電機(jī)和傳動裝置，兩個切絲齒輪相對于進(jìn)入切絲機(jī)構(gòu)的焊絲對稱設(shè)置，由切絲動力電機(jī)通過傳動裝置驅(qū)動兩個切絲齒輪對向轉(zhuǎn)動，并在對向轉(zhuǎn)動過程中，由兩個切絲齒輪上的切絲齒咬合、張緊并切斷進(jìn)入兩切絲齒輪之間的焊絲。

進(jìn)一步的，所述送絲輥上的溝槽槽口寬度和焊絲的直徑一致，深度為焊絲直徑的20-40%。

進(jìn)一步的，定義切絲齒輪上齒間距為L、焊絲直徑為d、目標(biāo)釬焊球直徑為D，則齒間距與焊絲直徑和目標(biāo)釬焊球直徑之間的關(guān)系為：L=2D³/3d²。

進(jìn)一步的，所述送絲機(jī)構(gòu)和切絲機(jī)構(gòu)中的傳動裝置均是由主動齒輪和從動齒輪嚙合組成，從動齒輪設(shè)置在送絲輥和切絲齒輪一端，主動齒輪分別與送絲動力電機(jī)和切絲動力電機(jī)連接，送絲動力電機(jī)和切絲動力電機(jī)均為同步電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述的球化機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在切絲機(jī)構(gòu)正下方的加熱冷卻管，管內(nèi)充滿有機(jī)油，加熱冷卻管上端為漏斗形的入口槽，下端和收集機(jī)構(gòu)連接，加熱冷卻管分為上部的加熱熔化部分和下部的球化冷卻部分，加熱熔化部分的外周安裝有兩個距離可調(diào)的加熱環(huán)，加熱環(huán)與溫度控制儀相連接，并且連接在溫度控制儀上的熱電偶的端部接在熔化部分的管體內(nèi)，球化冷卻部分設(shè)有上球閥和下球閥。

利用上述自動切絲式釬焊球的制取設(shè)備制取釬焊球的方法，包括如下步驟：

步驟一：選擇直徑為0.1~0.5mm的錫鉛焊絲或無鉛焊絲備用；

步驟二：操作溫度控制儀，使加熱環(huán)對加熱冷卻管中的有機(jī)油進(jìn)行加熱，使得有機(jī)油溫度高于步驟一所選焊絲的熔點60~80℃；

步驟三：啟動送絲動力電機(jī)和切絲動力電機(jī)，調(diào)整兩電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得送絲輥和切絲齒輪的外緣具有同樣的線速度；

步驟四：牽引步驟一所選的焊絲經(jīng)送絲滾筒至送絲輥組，使焊絲和送絲輥上溝槽位置相對，在送絲輥的轉(zhuǎn)動過程中，焊絲被牽引至溝槽內(nèi)，并向切絲機(jī)構(gòu)方向輸送；

步驟五：焊絲在通過切絲機(jī)構(gòu)中的兩個切絲齒輪時，在切絲齒輪的轉(zhuǎn)動過程中，由切絲齒輪上齒尖的配合牽引、壓緊并切斷焊絲，形成焊絲段；

步驟六：步驟五所得的焊絲段落入下方的球化機(jī)構(gòu)，經(jīng)加熱、球化和冷卻后形成釬焊球，并通過下球閥進(jìn)入收集機(jī)構(gòu)中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

第一，本發(fā)明提供的一種自動切絲式釬焊球的制取設(shè)備及方法，解決了目前國內(nèi)在生產(chǎn)高密封裝用釬焊球設(shè)備技術(shù)落后的問題，還解決了在生產(chǎn)時釬焊球大小難以精確控制，且難以生產(chǎn)尺寸較小焊球以及焊球綜合質(zhì)量不高的問題；本發(fā)明采用了固定切齒間距，保證了切絲長度的均勻性，從而精確控制釬焊球顆粒的大小和均勻性，切絲齒輪可更換，可生產(chǎn)不同規(guī)格的產(chǎn)品，利用同步送絲和切絲機(jī)構(gòu)，并采用油熔和油冷的加工工藝，保證了產(chǎn)品的球化質(zhì)量，具有結(jié)構(gòu)和工藝簡單、操作方便、精度高、產(chǎn)品優(yōu)良成本低、等優(yōu)點。

第二，本發(fā)明中的送絲輥表面設(shè)有小于焊絲直徑的溝槽，這樣一對送絲輥對向轉(zhuǎn)動的過程中，一方面，可以通過溝槽精確引導(dǎo)焊絲呈直線進(jìn)入切絲機(jī)構(gòu)中，另一方面，由于溝槽深度小于焊絲的直徑，這樣相對的兩溝槽在對合后可以對其中的焊絲起到夾持的作用，從而張緊焊絲。

第三，在制取過程中，送絲輥和切絲齒輪的外緣具有同樣的線速度，這樣就可以保證送絲和切絲的同步進(jìn)行，使得送絲機(jī)構(gòu)和切絲機(jī)構(gòu)之間的焊絲段保持張緊，確保切絲的精度，并能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的連續(xù)性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中切絲原理圖。

圖中標(biāo)記：1—送絲滾筒；2—送絲輥；3—切絲齒輪；4—機(jī)架；5—加熱環(huán)；6—加熱冷卻管；7—上球閥；8—下球閥；9—線圈；10—從動齒輪；11—送絲動力電機(jī)；12—切絲動力電機(jī)；13—主動齒輪；14—溫度控制儀；15—熱電偶；16—收集槽；17—焊絲；18—鍵槽；19—切絲齒。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過具體的實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實施例1

如圖所示，一種自動切絲式釬焊球的制取設(shè)備，主要由對焊絲17進(jìn)行送給的送絲機(jī)構(gòu)、對焊絲17進(jìn)行剪料的切絲機(jī)構(gòu)、對所切焊絲17進(jìn)行熔化和球化冷卻的球化機(jī)構(gòu)以及收集機(jī)構(gòu)組成；送絲機(jī)構(gòu)下方設(shè)置有切絲機(jī)構(gòu)，切絲機(jī)構(gòu)下方設(shè)置有球化機(jī)構(gòu)，球化機(jī)構(gòu)的加熱冷卻管6管口位于切絲機(jī)構(gòu)正下方，球化機(jī)構(gòu)下方設(shè)置有收集機(jī)構(gòu)。

所述的送絲機(jī)構(gòu)由線圈9、送絲滾筒1、送絲輥2、從動齒輪10、主動齒輪13和送絲動力電機(jī)11組成；所述的線圈9下方設(shè)置有送絲滾筒1，所述的送絲滾筒1下方設(shè)置有送絲輥2；所述的送絲輥2右端通過傳動軸與從動齒輪10連接，主動齒輪13與安裝在送絲輥2右端的從動齒輪10通過齒輪副連接；所述的主動齒輪13右側(cè)通過傳動軸與送絲動力電機(jī)11連接；為保證焊絲17呈直線精確地送入切絲機(jī)構(gòu)，送絲輥2表面設(shè)有溝槽，溝槽直徑與焊絲17一致，深度為焊絲17直徑的20-40%，最下端的送絲輥2直徑小于5mm，且與切絲機(jī)構(gòu)的咬合部分盡量靠近，最小距離不大于0.5mm。

所述的切絲機(jī)構(gòu)由切絲齒輪3、從動齒輪10、主動齒輪13和切絲動力電機(jī)12組成，所述的切絲齒輪3通過傳動軸與從動齒輪10連接；所述的從動齒輪10通過齒輪副與主動齒輪13連接；所述的主動齒輪13右側(cè)通過傳動軸與切絲動力電機(jī)12連接；所述的送絲動力電機(jī)11和切絲動力電機(jī)12為同步電機(jī)，在送絲切絲過程中同步運行；在兩個切絲齒輪3對向轉(zhuǎn)動的過程中，由切絲齒輪3上的切絲齒通過齒尖對齒尖將進(jìn)入切絲機(jī)構(gòu)的焊絲17切斷，因此，切絲齒輪3是精確控制焊球大小的核心，為保證切絲斷裂動作有效進(jìn)行，在兩切絲齒輪3的切絲齒齒尖相對時，兩切絲齒間距應(yīng)小于0.01mm；以同一齒輪的齒間距來控制焊絲長度，最終控制焊球大小，不同規(guī)格的釬焊球大小完全依賴焊絲直徑和同一齒輪的齒間距，因此，定義切絲齒輪3的齒間距為L、焊絲直徑為d、目標(biāo)釬焊球的直徑為D，三者之間的關(guān)系為：L=2D³/3d²；切絲齒輪3上設(shè)計有鍵槽18，可更換切絲齒輪3，切絲齒輪3的切絲齒具有咬合、張緊和切斷的功能。

所述的球化機(jī)構(gòu)由加熱冷卻管6、加熱環(huán)5、熱電偶15和溫度控制儀14組成，所述球化機(jī)構(gòu)設(shè)置于切絲齒輪3的正下方，所述加熱冷卻管6內(nèi)充滿有機(jī)油，加熱冷卻管6上端為漏斗形的入口槽，下端和收集機(jī)構(gòu)連接，加熱冷卻管6分為釬料加熱熔化和熔融釬料球化冷卻兩部分，加熱冷卻管6上部是釬料的加熱熔化部分，加熱熔化部分外圍安裝有兩個加熱環(huán)5，加熱環(huán)5之間距離可調(diào)，加熱環(huán)5通過耐高溫線與所述溫度控制儀14連接，連接在溫度控制儀14上的熱電偶15的端部接在熔化部分的管體內(nèi)，在球化冷卻部分分別設(shè)有上球閥7和下球閥8，上球閥7用于隔絕有機(jī)油，下球閥8用來卸料，所述球閥下方和收集機(jī)構(gòu)連接，用來最終收集球化的釬焊球。

一種利用上述設(shè)備制取釬焊球的方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：選擇直徑為0.1~0.5mm的錫鉛焊絲或無鉛焊絲備用；

步驟二：操作溫度控制儀14，使加熱環(huán)5對加熱冷卻管6中的有機(jī)油進(jìn)行加熱，使得有機(jī)油溫度高于步驟一所選焊絲的熔點60~80℃；

步驟三：啟動送絲動力電機(jī)11和切絲動力電機(jī)12，調(diào)整兩電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得送絲輥2和切絲齒輪3的外緣具有同樣的線速度；

步驟四：牽引步驟一所選的焊絲17經(jīng)送絲滾筒1至送絲輥組，使焊絲17和送絲輥2上溝槽位置相對，在送絲輥2的轉(zhuǎn)動過程中，焊絲17被牽引至溝槽內(nèi)，并向切絲機(jī)構(gòu)方向輸送；

步驟五：焊絲17在通過切絲機(jī)構(gòu)中的兩個切絲齒輪3時，在切絲齒輪3的轉(zhuǎn)動過程中，由切絲齒輪3上齒尖的配合牽引、壓緊并切斷焊絲17，形成焊絲段；

步驟六：步驟五所得的焊絲段落入下方的球化機(jī)構(gòu)，經(jīng)加熱、球化和冷卻后形成釬焊球，并通過下球閥8進(jìn)入收集機(jī)構(gòu)中。

在上述步驟中，需要對制取設(shè)備進(jìn)行固定：固定送絲滾筒1，并保證其在固定位置正常旋轉(zhuǎn)，固定并調(diào)整送絲輥2，保證送絲輥2一側(cè)的齒輪副正常嚙合，固定并調(diào)整切絲齒輪3，保證兩切絲齒輪3中處于切絲位置的切絲齒齒間距小于0.01mm，且切絲齒輪3一側(cè)的齒輪副正常嚙合，固定主動齒輪13，保證主動齒輪13與從動齒輪10正常嚙合，固定球化機(jī)構(gòu)和收集機(jī)構(gòu)，保證加熱冷卻管6豎直。

實施例2

焊絲17選用錫鉛焊絲，直徑0.1mm，切絲齒輪3齒間距0.067mm，加熱區(qū)溫度控制在240~260℃，制取0.1mm直徑釬焊球。

實施例3

焊絲17選用錫鉛焊絲，直徑0.3mm，切絲齒輪3齒間距0.2mm，加熱區(qū)溫度控制在240~260℃，制取0.3mm直徑釬焊球。

實施例4

焊絲17選用錫鉛焊絲，直徑0.5mm，切絲齒輪3齒間距0.33mm，加熱區(qū)溫度控制在240~260℃，制取0.5mm直徑釬焊球。

實施例5

焊絲17選用錫鉛焊絲，直徑0.5mm，切絲齒輪3齒間距0.58mm，加熱區(qū)溫度控制在240~260℃，制取0.6mm直徑釬焊球。

實施例6

焊絲17選用錫鉛焊絲，直徑0.5mm，切絲齒輪3齒間距1.17mm，加熱區(qū)溫度控制在240~260℃，制取0.76mm直徑釬焊球。

實施例7

其余與上述實施例相同，不同之處在于，焊絲17選用無鉛焊絲，加熱區(qū)溫度控制在280~300℃。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果包括：送絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)了送絲過程的自動化；定位裝置和送絲輥2的設(shè)計，使焊絲17在固定方向上送進(jìn)，且送絲平穩(wěn)；切絲齒輪3的設(shè)計，實現(xiàn)了快速切絲，以齒間距控制切絲長度，使得切絲更精確，且可生產(chǎn)小直徑焊球，可更換切絲齒輪3的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了不同規(guī)格焊球的生產(chǎn)；采用有機(jī)油作為球化劑，球化效果好；本發(fā)明解決了釬焊球設(shè)備技術(shù)落后的問題，解決了釬焊球生產(chǎn)過程中焊球大小難以控制的問題。

總而言之，本發(fā)明是采用一套同步送絲和切絲機(jī)構(gòu)來精確控制切絲長度，從而控制釬焊球大小，然后經(jīng)過球化成形制取釬焊球。本發(fā)明設(shè)備送絲平穩(wěn)，切絲精確，可生產(chǎn)小直徑以及不同規(guī)格釬焊球，加工效率高，生產(chǎn)工藝簡單，球化效果好，產(chǎn)品精度高。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入本發(fā)明要求保護(hù)的范圍內(nèi)。