一種柔性自動植球裝置及植球方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種柔性自動植球裝置及植球方法，種柔性自動焊球封裝植球裝置，包括焊絲輸送管道、坩堝、氣壓控制閥、脈沖發(fā)生器、加熱爐、運動平臺、CCD攝像頭和計算機控制系統(tǒng)，其特點還包括微型噴嘴、過濾片、本發(fā)明采用惰性氣體（如氬氣和氮氣）作為微滴噴射的動力源，利用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號控制電磁氣壓閥的開啟/關(guān)閉，使坩堝內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，并采用導(dǎo)氣管將脈沖氣壓能量瞬間集中作用于噴嘴上方的自由液面，使其按照脈沖氣壓的頻率每次產(chǎn)生單個微滴。完成焊球的自動植球及芯片的封裝，并通過CCD圖像檢測系統(tǒng),實現(xiàn)植球效果的實時檢測與反饋。具有很高的市場應(yīng)用價值。
【專利說明】一種柔性自動植球裝置及植球方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及坐集成電路電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及球柵陣列封裝技術(shù)中的一種柔性自動植球裝置及植球方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子、微機電系統(tǒng)的快速發(fā)展，對集成電路封裝技術(shù)提出了越來越高的要求，一種球柵陣列封裝(Ball Grid Array, BGA)芯片被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路中。該芯片封裝技術(shù)中的焊球植球問題一直是最核心的問題，具體就是如何將數(shù)百顆焊球，準確地定位到器件基板的焊盤上。目前在大規(guī)模電子產(chǎn)品生產(chǎn)中大都采用“焊球制備與焊球植球”兩步分開的工藝來完成BGA芯片的封裝。具體過程就是，先制備出所需的焊球，然后采用植球裝置將焊球準確地定位到基板器件的焊盤上，最后完成芯片的封裝。其中，焊球植球工藝采用的技術(shù)方法主要有:工裝鋼網(wǎng)模板植球、真空吸附植球、激光植球、連續(xù)液滴噴射植球等，但上述方法大都存在各自的缺點和不足。
[0003]參照圖1:文獻“專利號為US2003/0111508A1的美國發(fā)明專利“申請公開了一種焊球真空吸附植球裝置，包括焊球拾取頭10、焊球存儲室20和內(nèi)室12等。該設(shè)備通過控制內(nèi)室12的真空度來完成對焊球的拾取和釋放。然而，該設(shè)備在拾取不同尺寸的焊球時，必須通過更換焊球拾取頭10才可實現(xiàn)，導(dǎo)致工藝復(fù)雜。參照圖2:文獻“專利申請?zhí)枮?0110240940.4的中國發(fā)明專利”申請公開了一種激光植球系統(tǒng)，包括激光發(fā)生器2、儲球室
5、輸球管道6、XY伺服工作平臺10、焊接工作腔14等。該設(shè)備通過輸球管道6，每次將一個焊球輸送到指定的焊點位置，并通過激光發(fā)生器2對焊球進行瞬間的加熱，實現(xiàn)單個焊球的植球。該方法可用于BGA批量原件生產(chǎn)，也可以在修復(fù)過程中進行單個植球。但該方法需要事先制備出合適的焊球，且需要加載激光系統(tǒng)，設(shè)備投入和維護費用較高。參照圖3:文獻“專利號為CN101140889 B的中國發(fā)明專利”申請公開了一種基于連續(xù)液滴噴射技術(shù)的自動焊球封裝植入裝置，包括壓電振蕩器2、加熱器4、微型噴嘴5、加電極板6、偏轉(zhuǎn)電極板8、BGA基板10、水平轉(zhuǎn)動臺11、真空腔室12、惰性氣體儲存裝置20等。該系統(tǒng)以壓電振蕩器2作為激振源，將焊料熔液從微型噴嘴5中產(chǎn)生連續(xù)的微滴流，并經(jīng)過加電極板6和偏轉(zhuǎn)電極板8的充電偏轉(zhuǎn)作用，可將將噴射產(chǎn)生的微滴焊球沉積到于事先配置好焊球位置的基板上，避免了現(xiàn)有技術(shù)中的焊球制備與植球分離的過程，工藝流程縮短。但該方法中焊球噴射裝置采用的是壓電振蕩連續(xù)液滴噴射方法，需要整體的真空腔室防止氧化，由于焊球微滴的產(chǎn)生頻率過高，需要加裝充電偏轉(zhuǎn)裝置和回收裝，且連續(xù)噴射焊球的尺寸可調(diào)性差，沉積位置精度較難控制，無法對焊球的植球效果進行實時檢測。鑒于以上公開專利存在的問題，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要進一步創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有焊球植球技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供為了克服現(xiàn)有焊球植球技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明提供一種利用微滴按需噴射技術(shù)實現(xiàn)球柵陣列封裝芯片柔性自動植球的方法，并且提供利用該方法實現(xiàn)焊球柔性自動植球的裝置。本發(fā)明提出一種基于微滴按需噴射技術(shù)的面向球柵陣列封裝芯片的柔性自動植球裝置及植球方法。
[0005]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種柔性自動焊球封裝植球裝置，包括焊絲輸送管道、坩堝、氣壓控制閥、脈沖發(fā)生器、加熱爐、運動平臺、CCD攝像頭和計算機控制系統(tǒng)，其特點還包括微型噴嘴、過濾片、同軸供氣腔、夾緊定位塊、方向標尺。本發(fā)明采用惰性氣體(如IS氣和氮氣)作為微滴噴射的動力源，利用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號控制電磁氣壓閥的開啟/關(guān)閉，使坩堝內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，并采用導(dǎo)氣管將脈沖氣壓能量瞬間集中作用于噴嘴上方的自由液面，使其按照脈沖氣壓的頻率每次產(chǎn)生單個微滴。同時，計算機控制系統(tǒng)依據(jù)封裝器件焊點位置數(shù)據(jù)參數(shù)控制運動平臺的軌跡坐標，使產(chǎn)生的半凝固均勻單個微滴逐一準確沉積到事先設(shè)定好焊球位置的基板器件上，完成焊球的自動植球及芯片的封裝，并通過CCD圖像檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)植球效果的實時檢測與反饋。
[0006]一種利用上述柔性自動焊球封裝植球裝置實現(xiàn)植球的方法，其特征在于包括下面的步驟:
(1)依據(jù)封裝器件所需植入焊球的尺寸，選擇對應(yīng)的微型噴嘴直徑；
(2)打開坩堝上蓋，在坩堝內(nèi)放入過濾片，并將塊狀焊料放置到過濾片上方，打開氣體分流控制器和氣壓控制閥，向坩堝內(nèi)部通入惰性保護氣體，將坩堝內(nèi)部的空氣排出，并密封；
(3)將封裝器件放置到承載基板上方，定位夾緊后，打開溫度控制器設(shè)定坩堝和承載基板的加熱溫度，對坩堝和承載基板進行加熱，熔煉坩堝內(nèi)的焊料和對封裝器件進行預(yù)熱；
(4)設(shè)定同軸供氣腔和坩堝內(nèi)部合適的氣體壓力，并通入惰性保護氣體，在微型噴嘴周圍形成局部低氧環(huán)境；同時打開脈沖發(fā)生器，給坩堝上方的氣壓控制閥施加脈沖信號，控制其開啟/關(guān)閉，使坩堝內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，導(dǎo)氣管將脈沖氣壓能量集中作用于噴嘴上方的自由液面，使其按照脈沖氣壓的頻率每次產(chǎn)生單個微滴；
(5)將封裝器件焊點位置數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到計算機控制系統(tǒng)，運動控制器依據(jù)計算機控制系統(tǒng)給出的每個焊點坐標，控制運動平臺的運動，每當(dāng)運動到焊點坐標位置處時，計算機系統(tǒng)發(fā)出微滴控制信號，坩堝底部噴射出單個微滴，使半凝固均勻微滴精確沉積到事先設(shè)定好的焊點位置，重復(fù)這一過程，直到封裝器件上所有焊點植球完成；
(6)打開CCD圖像采集系統(tǒng)，將焊點植球完成后的封裝器件移動到CCD攝像頭下方，運動控制器依據(jù)計算機控制系統(tǒng)給出的每個焊點坐標，控制運動平臺的運動，對每一個植球完成的焊點進行圖像采集，圖像采集卡將采集到的信息傳輸?shù)接嬎銠C控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)將采集到的焊點圖像與所存儲的標準焊點植球圖像進行對比分析，實現(xiàn)植球效果的檢測反饋；
(7)如檢測結(jié)果顯示某個焊點植球失敗，將該焊點的位置數(shù)據(jù)參數(shù)反饋給計算機控制系統(tǒng)，重復(fù)(5)到(6)過程直到所有焊點植球滿足要求，植球過程結(jié)束取出封裝器件。
[0007]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:(1)本發(fā)明采用熔滴氣動按需噴射技術(shù)，以脈沖氣壓作為驅(qū)動源，可對逐個焊點產(chǎn)生單個所需的可控均勻焊球，其焊球的噴射頻率、形狀尺寸、溫度狀態(tài)和沉積位置可準確調(diào)控，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，可大大降低資金投入。(2)本發(fā)明實現(xiàn)了焊球制備與焊球植球工藝的統(tǒng)一，可在最優(yōu)溫度條件下，直接將產(chǎn)生的形狀和尺寸可控的均勻焊球，逐一準確沉積到設(shè)定好焊球位置的封裝器件上，完成芯片的植球封裝，該工藝流程短，產(chǎn)品質(zhì)量好，既可用于批量生產(chǎn)，也可用于單個焊點的植球修復(fù)。(3)本發(fā)明采用CCD圖像檢測系統(tǒng)，可對焊球的沉積位置精度和植球效果進行實時檢測與反饋，有效避免植球缺陷的存在，提高生產(chǎn)效率。具有很高的市場應(yīng)用價值。
[0008]【專利附圖】

【附圖說明】；
圖1【背景技術(shù)】中的焊球真空吸附植球裝置；
圖2【背景技術(shù)】中的激光植球系統(tǒng)裝置；
圖3【背景技術(shù)】中的液滴連續(xù)噴射自動焊球封裝植球裝置；
圖4為本發(fā)明的焊球封裝柔性自動植球裝置示意圖；
圖5為本發(fā)明的封裝芯片自動定位夾緊裝置示意圖；
圖6為本發(fā)明的同軸供氣腔剖面示意圖；
圖7為本發(fā)明完成的植球?qū)嵗Y(jié)果圖。
[0009]圖中:1 一坩堝、2 —環(huán)形加熱爐、3 —同軸供氣腔、4 一導(dǎo)氣管、5 —熱電偶、6 —焊料熔液、7 —過濾片、8 —微型噴嘴、9 一焊球微滴、10 —平板加熱爐、11 一熱電偶、12 - XY運動平臺、13—焊料輸送管道、14 一氣體分流控制器、15、16 —氣壓控制閥、17 —電磁閥、一18 一脈沖發(fā)生器、19 一溫度控制器、20 —運動控制器、21 - CXD攝像頭、22 —圖像采集卡、23 一計算機控制系統(tǒng)、24 —顯示屏、25 —承載基板、26 — X方向標尺、27 — BGA封裝器件、28 一 Y方向標尺、29 —定向滑塊、30 —彈簧、31 —夾緊定位塊、32 —惰性氣體壓力儲存瓶。
【具體實施方式】
[0010]為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行更詳細的說明。本說明書及其附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。
[0011]一種柔性自動焊球封裝植球裝置，包括坩堝、加熱爐、同軸供氣腔、導(dǎo)氣管、熱電偶、過濾片、微型噴嘴、焊料輸送管道、氣壓控制閥、脈沖發(fā)生器、溫度控制器、運動平臺、CXD攝像頭、計算機控制系統(tǒng)、承載基板、方向標尺和夾緊定位塊，其中，焊料輸送管道位于坩堝上端，用于將焊絲輸送到坩堝內(nèi)熔化，保持坩堝內(nèi)焊料熔液的液面高度，過濾片放置于坩堝內(nèi)部，對焊料熔液進行過濾；坩堝和同軸供氣腔通過各自的輸氣管和氣壓控制閥、與氣體分流控制器相連，用于實現(xiàn)氣體壓力和流量的控制，電磁閥安裝于坩堝上端中心位置，其兩端分別與氣壓控制閥和導(dǎo)氣管連接，脈沖發(fā)生器與電磁閥相連，并通過輸出的脈沖信號，控制電磁閥的開啟/關(guān)閉，使坩堝內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，實現(xiàn)焊球微滴噴射；同軸供氣腔安裝于坩堝底部下方，微型噴嘴安裝于坩堝底部，并保證其處于同軸供氣腔的中心位置；環(huán)形加熱爐放置于坩堝外側(cè)，平板加熱爐放置于承載基板的下方，熱電偶、分別放置于坩堝和承載基板內(nèi)部，熱電偶、將采集到的溫度信號傳送到溫度控制器，實現(xiàn)對坩堝和承載基板內(nèi)部溫度的反饋控制；BGA封裝器件放置在承載基板上，依據(jù)方向標尺、調(diào)節(jié)定向滑塊的位置，在彈簧壓力和夾緊定位塊的作用下實現(xiàn)封裝器件的定位夾緊，承載基板安裝在運動平臺上，運動控制器依據(jù)計算機控制系統(tǒng)給出的焊點位置坐標，控制運動平臺的運動，實現(xiàn)微滴精確沉積到設(shè)定的焊點位置；CCD攝像頭通過圖像采集卡與計算機控制系統(tǒng)相連，計算機控制系統(tǒng)將采集到的焊點圖像顯示到顯示屏上，并與所存儲的標準焊點圖像進行對比分析，用于實現(xiàn)植球效果的測量與反饋。[0012]一種植球方法，包括下面的步驟:
(O依據(jù)封裝器件所需植入焊球的尺寸，選擇對應(yīng)的微型噴嘴直徑；
(2)打開坩堝上蓋，在坩堝內(nèi)放入過濾片，并將塊狀焊料放置到過濾片上方，打開氣體分流控制器和氣壓控制閥，向坩堝內(nèi)部通入惰性保護氣體，將坩堝內(nèi)部的空氣排出，并密封；
(3)將封裝器件放置到承載基板上方，定位夾緊后，打開溫度控制器設(shè)定坩堝和承載基板的加熱溫度，對坩堝和承載基板進行加熱，熔煉坩堝內(nèi)的焊料和對封裝器件進行預(yù)熱；
(4)設(shè)定同軸供氣腔和坩堝內(nèi)部合適的氣體壓力，并通入惰性保護氣體，在微型噴嘴周圍形成局部低氧環(huán)境；同時打開脈沖發(fā)生器，給坩堝上方的氣壓控制閥施加脈沖信號，控制其開啟/關(guān)閉，使坩堝內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，導(dǎo)氣管將脈沖氣壓能量集中作用于噴嘴上方的自由液面，使其按照脈沖氣壓的頻率每次產(chǎn)生單個微滴；
(5)將封裝器件焊點位置數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到計算機控制系統(tǒng)，運動控制器依據(jù)計算機控制系統(tǒng)給出的每個焊點坐標，控制運動平臺的運動，每當(dāng)運動到焊點坐標位置處時，計算機系統(tǒng)發(fā)出微滴控制信號，坩堝底部噴射出單個微滴，使半凝固均勻微滴精確沉積到事先設(shè)定好的焊點位置，重復(fù)這一過程，直到封裝器件上所有焊點植球完成；
(6)打開CCD圖像采集系統(tǒng)，將焊點植球完成后的封裝器件移動到CCD攝像頭下方，運動控制器依據(jù)計算機控制系統(tǒng)給出的每個焊點坐標，控制運動平臺的運動，對每一個植球完成的焊點進行圖像采集，圖像采集卡將采集到的信息傳輸?shù)接嬎銠C控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)將采集到的焊點圖像與所存儲的標準焊點植球圖像進行對比分析，實現(xiàn)植球效果的檢測反饋；
(7)如檢測結(jié)果顯示某個焊點植球失敗，將該焊點的位置數(shù)據(jù)參數(shù)反饋給計算機控制系統(tǒng)，重復(fù)(5)到(6)過程直到所有焊點植球滿足要求，植球過程結(jié)束取出封裝器件。
[0013]參考圖3、4和5，本發(fā)明的一種柔性自動焊球封裝植球裝置，包括坩堝1、加熱爐2、同軸供氣腔3、導(dǎo)氣管4、熱電偶5、過濾片7、微型噴嘴8、焊料輸送管道13、氣壓控制閥15、脈沖發(fā)生器18、溫度控制器19、運動平臺12、CXD攝像頭21、計算機控制系統(tǒng)23、承載基板25、方向標尺26和夾緊定位塊31。其特點在于焊料輸送管道13位于坩堝I上端，可將焊絲輸送到坩堝I內(nèi)熔化，保持坩堝I內(nèi)焊料熔液6的液面高度，過濾片7放置于坩堝I內(nèi)部，對焊料熔液6進行過濾；坩堝I和同軸供氣腔3通過各自的輸氣管和氣壓控制閥15、16與氣體分流控制器14相連，可實現(xiàn)氣體壓力和流量的控制，電磁閥17安裝于坩堝I上端中心位置，其兩端分別與氣壓控制閥16和導(dǎo)氣管4連接，脈沖發(fā)生器18與電磁閥相連17，并通過輸出的脈沖信號，控制電磁閥17的開啟/關(guān)閉，使坩堝I內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，實現(xiàn)焊球微滴9噴射；同軸供氣腔3安裝于坩堝I底部下方，微型噴嘴8安裝于坩堝I底部，并保證其處于同軸供氣腔3的中心位置；環(huán)形加熱爐2放置于坩堝I外側(cè)，平板加熱爐10放置于承載基板25的下方，熱電偶5、11分別放置于坩堝I和承載基板25內(nèi)部，熱電偶5、11將采集到的溫度信號傳送到溫度控制器19，實現(xiàn)對坩堝I和承載基板25內(nèi)部溫度的反饋控制；BGA封裝器件27放置在承載基板25上，依據(jù)方向標尺26、28調(diào)節(jié)定向滑塊29的位置，在彈簧壓力30和夾緊定位塊31的作用下實現(xiàn)封裝器件27的定位夾緊，承載基板25安裝在運動平臺12上，運動控制器20依據(jù)計算機控制系統(tǒng)23給出的焊點位置坐標，控制運動平臺12的運動，實現(xiàn)微滴精確沉積到設(shè)定的焊點位置；(XD攝像頭21通過圖像采集卡22與計算機控制系統(tǒng)相連，計算機控制系統(tǒng)將采集到的焊點圖像顯示到顯示屏24上，并與所存儲的標準焊點圖像進行對比分析，實現(xiàn)植球效果的測量與反饋。
[0014]實施例1:9X9球柵陣列(81個焊點)植球
(O依據(jù)封裝器件所需植入焊球的尺寸，選擇微型噴嘴8的直徑為100微米；
(2)打開坩堝I上蓋，在坩堝I內(nèi)放入過濾片7，并將塊狀焊料(Sn60-Pb40)放置到過濾片7上方，打開氣體分流控制器14、氣壓控制閥16和電磁閥17，設(shè)定氣壓為500Kpa，向坩堝I內(nèi)部通入高純氬氣(99.99%)，將坩堝I內(nèi)部的空氣排出并密封，之后關(guān)閉氣壓控制閥16和電磁閥17 ；
(3)安裝封裝器件27到承載基板25上方，依據(jù)方向標尺26、28，調(diào)節(jié)定向滑塊29的位置，在彈簧壓力30和夾緊定位塊31的作用下定位夾緊封裝器件27，打開溫度控制器19設(shè)定坩堝I的加熱溫度為270°C，設(shè)定承載基板25的加熱溫度為60°C，對坩堝I和承載基板25進行加熱，熔煉坩堝I內(nèi)的焊料并對封裝器件27進行預(yù)熱；
(4)打開氣壓控制閥15并設(shè)定同軸供氣腔3的供氣壓力為50Kpa，通入惰性保護氣體(高純氬氣)，在微型噴嘴8底部周圍形成局部低氧環(huán)境，打開氣壓控制閥16并初步設(shè)定坩堝I內(nèi)的供氣壓力為lOOKpa，之后打開脈沖發(fā)生器18，給坩堝I上方的電磁閥17施加脈沖信號，控制其開啟/關(guān)閉，使坩堝I內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，導(dǎo)氣管4將脈沖氣壓能量集中作用于噴嘴8上方的自由液面，調(diào)節(jié)坩堝I內(nèi)的供氣壓力，使其按照脈沖氣壓的頻率每次產(chǎn)生單個焊球微滴9如圖7 (a);
(5)將封裝器件27中81個焊點位置數(shù)據(jù)輸入到計算機控制系統(tǒng)23，運動控制器20依據(jù)計算機控制系統(tǒng)23給出的每個焊點坐標，控制運動平臺12的運動，當(dāng)運動到第一個焊點坐標位置處時，計算機控制系統(tǒng)23發(fā)出微滴控制信號，坩堝I底部噴射出單個焊球微滴9，使半凝固均勻微滴精確沉積到事先設(shè)定好的焊點位置，重復(fù)這一過程，直到封裝器件上所有焊點植球完成；
(6)打開圖像采集系統(tǒng)，將焊點植球完成后的封裝器件移動到CCD攝像頭21下方，運動控制器20依據(jù)計算機控制系統(tǒng)23給出的每個焊點坐標，控制運動平臺12的運動，對每一個植球完成的焊點進行圖像采集，圖像采集卡22將采集到的信息傳輸?shù)接嬎銠C控制系統(tǒng)23，計算機控制系統(tǒng)23將采集到的焊點圖像與所存儲的標準焊點植球圖像進行對比分析，實現(xiàn)植球效果的檢測反饋；
(7)如檢測結(jié)果顯示某個焊點植球效果較差，將該焊點的位置數(shù)據(jù)參數(shù)反饋給計算機控制系23，重復(fù)(5)到(6)過程，直到所有焊點植球滿足要求，植球過程結(jié)束取出封裝器件，圖7 (b)為9X9球柵陣列(81個焊點)植球的結(jié)果。
[0015]實施例2 =20X20球柵陣列(400個焊點)植球
(O依據(jù)封裝器件所需植入焊球的尺寸，選擇微型噴嘴8的直徑為100微米；
(2)打開坩堝I上蓋，在坩堝I內(nèi)放入過濾片7，并將塊狀焊料(Sn60-Pb40)放置到過濾片7上方，打開氣體分流控制器14、氣壓控制閥16和電磁閥17，設(shè)定氣壓為500Kpa，向坩堝I內(nèi)部通入高純氬氣(99.99%)，將坩堝I內(nèi)部的空氣排出并密封，之后關(guān)閉氣壓控制閥16和電磁閥17 ；
(3)安裝封裝器件27到承載基板25上方，依據(jù)方向標尺26、28，調(diào)節(jié)定向滑塊29的位置，在彈簧壓力30和夾緊定位塊31的作用下定位夾緊封裝器件27，打開溫度控制器19設(shè)定坩堝I的加熱溫度為270°c，設(shè)定承載基板25的加熱溫度為60°C，對坩堝I和承載基板25進行加熱，熔煉坩堝I內(nèi)的焊料并對封裝器件27進行預(yù)熱；
(4)打開氣壓控制閥15并設(shè)定同軸供氣腔3的供氣壓力為50Kpa，通入惰性保護氣體(高純氬氣)，在微型噴嘴8底部周圍形成局部低氧環(huán)境，打開氣壓控制閥16并初步設(shè)定坩堝I內(nèi)的供氣壓力為lOOKpa，之后打開脈沖發(fā)生器18，給坩堝I上方的電磁閥17施加脈沖信號，控制其開啟/關(guān)閉，使坩堝I內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，導(dǎo)氣管4將脈沖氣壓能量集中作用于噴嘴8上方的自由液面，調(diào)節(jié)坩堝I內(nèi)的供氣壓力，使其按照脈沖氣壓的頻率每次產(chǎn)生單個焊球微滴9 ；
(5)將封裝器件27中400個焊點位置數(shù)據(jù)輸入到計算機控制系統(tǒng)23，運動控制器20依據(jù)計算機控制系統(tǒng)23給出的每個焊點坐標，控制運動平臺12的運動，當(dāng)運動到第一個焊點坐標位置處時，計算機控制系統(tǒng)23發(fā)出微滴控制信號，坩堝I底部噴射出單個焊球微滴9，使半凝固均勻微滴精確沉積到事先設(shè)定好的焊點位置，重復(fù)這一過程，直到封裝器件上所有焊點植球完成；
(6)打開圖像采集系統(tǒng)，將焊點植球完成后的封裝器件移動到CCD攝像頭21下方，運動控制器20依據(jù)計算機控制系統(tǒng)23給出的每個焊點坐標，控制運動平臺12的運動，對每一個植球完成的焊點進行圖像采集，圖像采集卡22將采集到的信息傳輸?shù)接嬎銠C控制系統(tǒng)23，計算機控制系統(tǒng)23將采集到的焊點圖像與所存儲的標準焊點植球圖像進行對比分析，實現(xiàn)植球效果的檢測反饋；
(7)如檢測結(jié)果顯示某個焊點植球效果較差，將該焊點的位置數(shù)據(jù)參數(shù)反饋給計算機控制系23，重復(fù)(5)到(6)過程，直到所有焊點植球滿足要求，植球過程結(jié)束取出封裝器件，圖7 (C)和(d)為20X20球柵陣列(400個焊點)植球的結(jié)果。(I)本發(fā)明采用熔滴氣動按需噴射技術(shù)，以脈沖氣壓作為驅(qū)動源，可對逐個焊點產(chǎn)生單個所需的可控均勻焊球，其焊球的噴射頻率、形狀尺寸、溫度狀態(tài)和沉積位置可準確調(diào)控，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，可大大降低資金投入。(2)本發(fā)明實現(xiàn)了焊球制備與焊球植球工藝的統(tǒng)一，可在最優(yōu)溫度條件下，直接將產(chǎn)生的形狀和尺寸可控的均勻焊球，逐一準確沉積到設(shè)定好焊球位置的封裝器件上，完成芯片的植球封裝，該工藝流程短，產(chǎn)品質(zhì)量好，既可用于批量生產(chǎn)，也可用于單個焊點的植球修復(fù)。(3)本發(fā)明采用CCD圖像檢測系統(tǒng)，可對焊球的沉積位置精度和植球效果進行實時檢測與反饋，有效避免植球缺陷的存在，提高生產(chǎn)效率。具有很高的市場應(yīng)用價值。
[0016]需要說明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本發(fā)明說明書記載的范圍；并且，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性自動焊球封裝植球裝置，其特征在于，包括坩堝、加熱爐、同軸供氣腔、導(dǎo)氣管、熱電偶、過濾片、微型噴嘴、焊料輸送管道、氣壓控制閥、脈沖發(fā)生器、溫度控制器、運動平臺、CCD攝像頭、計算機控制系統(tǒng)、承載基板、方向標尺和夾緊定位塊，其中，焊料輸送管道位于坩堝上端，用于將焊絲輸送到坩堝內(nèi)熔化，保持坩堝內(nèi)焊料熔液的液面高度，過濾片放置于坩堝內(nèi)部，對焊料熔液進行過濾；坩堝和同軸供氣腔通過各自的輸氣管和氣壓控制閥、與氣體分流控制器相連，用于實現(xiàn)氣體壓力和流量的控制，電磁閥安裝于坩堝上端中心位置，其兩端分別與氣壓控制閥和導(dǎo)氣管連接，脈沖發(fā)生器與電磁閥相連，并通過輸出的脈沖信號，控制電磁閥的開啟/關(guān)閉，使坩堝內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，實現(xiàn)焊球微滴噴射；同軸供氣腔安裝于坩堝底部下方，微型噴嘴安裝于坩堝底部，并保證其處于同軸供氣腔的中心位置；環(huán)形加熱爐放置于坩堝外側(cè)，平板加熱爐放置于承載基板的下方，熱電偶、分別放置于坩堝和承載基板內(nèi)部，熱電偶、將采集到的溫度信號傳送到溫度控制器，實現(xiàn)對坩堝和承載基板內(nèi)部溫度的反饋控制；BGA封裝器件放置在承載基板上，依據(jù)方向標尺、調(diào)節(jié)定向滑塊的位置，在彈簧壓力和夾緊定位塊的作用下實現(xiàn)封裝器件的定位夾緊，承載基板安裝在運動平臺上，運動控制器依據(jù)計算機控制系統(tǒng)給出的焊點位置坐標，控制運動平臺的運動，實現(xiàn)微滴精確沉積到設(shè)定的焊點位置；CCD攝像頭通過圖像采集卡與計算機控制系統(tǒng)相連，計算機控制系統(tǒng)將采集到的焊點圖像顯示到顯示屏上，并與所存儲的標準焊點圖像進行對比分析，用于實現(xiàn)植球效果的測量與反饋。
2.一種植球方法，其特征在于包括下面的步驟: (O依據(jù)封裝器件所需植入焊球的尺寸，選擇對應(yīng)的微型噴嘴直徑； (2)打開坩堝上蓋，在坩堝內(nèi)放入過濾片，并將塊狀焊料放置到過濾片上方，打開氣體分流控制器和氣壓控制閥，向坩堝內(nèi)部通入惰性保護氣體，將坩堝內(nèi)部的空氣排出，并密封； (3)將封裝器件放置到承載基板上方，定位夾緊后，打開溫度控制器設(shè)定坩堝和承載基板的加熱溫度，對坩堝和承載基板進行加熱，熔煉坩堝內(nèi)的焊料和對封裝器件進行預(yù)熱； (4)設(shè)定同軸供氣腔和坩堝內(nèi)部合適的氣體壓力，并通入惰性保護氣體，在微型噴嘴周圍形成局部低氧環(huán)境；同時打開脈沖發(fā)生器，給坩堝上方的氣壓控制閥施加脈沖信號，控制其開啟/關(guān)閉，使坩堝內(nèi)部產(chǎn)生脈沖氣壓，導(dǎo)氣管將脈沖氣壓能量集中作用于噴嘴上方的自由液面，使其按照脈沖氣壓的頻率每次產(chǎn)生單個微滴； (5)將封裝器件焊點位置數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到計算機控制系統(tǒng)，運動控制器依據(jù)計算機控制系統(tǒng)給出的每個焊點坐標，控制運動平臺的運動，每當(dāng)運動到焊點坐標位置處時，計算機系統(tǒng)發(fā)出微滴控制信號，坩堝底部噴射出單個微滴，使半凝固均勻微滴精確沉積到事先設(shè)定好的焊點位置，重復(fù)這一過程，直到封裝器件上所有焊點植球完成； (6)打開CCD圖像采集系統(tǒng)，將焊點植球完成后的封裝器件移動到CCD攝像頭下方，運動控制器依據(jù)計算機控制系統(tǒng)給出的每個焊點坐標，控制運動平臺的運動，對每一個植球完成的焊點進行圖像采集，圖像采集卡將采集到的信息傳輸?shù)接嬎銠C控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)將采集到的焊點圖像與所存儲的標準焊點植球圖像進行對比分析，實現(xiàn)植球效果的檢測反饋； (7)如檢測結(jié)果顯示某個焊點植球失敗，將該焊點的位置數(shù)據(jù)參數(shù)反饋給計算機控制系統(tǒng)，重復(fù)(5)到(6)過程直到所有焊點植球滿足要求，植球過程結(jié)束取出封裝器件。
【文檔編號】H01L21/60GK103972117SQ201410222528
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】晁艷普, 齊樂華, 張元敏, 殷志鋒, 白政民 申請人:許昌學(xué)院