專利名稱：Bag、csp等ic封裝用焊錫球“熔融—機電整合”一次成型工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬顆粒制備工藝及裝置，具體涉及BGA、CSP等IC封裝焊錫球制備工藝及裝置。
背景技術(shù)：
焊錫球是BGA封裝和CSP封裝IC的金屬引腳，主要用于筆記本電腦、移動通信設(shè)備、電腦主機板、掌上電腦、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、數(shù)碼相機等產(chǎn)品中。目前，國際上生產(chǎn)焊錫球普遍采用的方法是定量熔凝法，即裁切法，其主要工藝是先將金屬拉制成細徑心線，將細絲裁切成所需成型尺寸的截線材，之后利用材料本身的自重于特定成型液進行成型處理，經(jīng)清洗、篩分、檢驗而制得，如CN1355075、CN1320959A專利。但工藝存在以下極限(1)受細絲線徑限制，＜0.3mm球徑焊錫球無法以“裁切法”工藝制作，目前該方法主要用于＞0.3mm球徑生產(chǎn)，難以滿足IC封裝技術(shù)向精細化、微型化發(fā)展的需要；(2)沖切時易產(chǎn)生公差，成品率低；(3)采用成型液定型，增加了后續(xù)清洗、烘干工序，一定程度上增加了產(chǎn)品的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適應(yīng)性強，產(chǎn)品率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，原材料消耗少，制造方法簡單的焊錫球成型工藝；同時，還提供該方法所使用的成型裝置。
本發(fā)明BAG、CSP等IC封裝用焊錫球“熔融—機電整合”一次成型工藝主要包括以下步驟金屬熔化，機電整合液粒成型，初級圓球成型，降落冷卻及抗氧化處理，初級圓球篩選、檢驗及包裝。其特征在于
(1)金屬熔化將一定量的金屬或合金投入電熱熔化鍋內(nèi)加溫熔化，于熔點上100～200℃下進行充分攪拌、保溫。
(2)機電整合液粒成型開啟熔融液粒器傳動電機、真空泵，待液粒器內(nèi)氣氛、溫度、壓力等調(diào)整正常，打開受液閥，通過帶有可控保溫的送液管，將熔融液送入由機械力及電磁力控調(diào)的帶邊框SMT激光孔板容器內(nèi)，在機械力、電磁力橫向及縱向作用力下，液粒從帶邊框SMT激光孔板內(nèi)透過并向下凸出。
根據(jù)所制備不同粒徑的粉體，SMT激光孔板的孔徑為0.05～0.50mm，誤差±0.005mm；水平橫向力是由調(diào)速電動機及機構(gòu)產(chǎn)生的機械力，頻率50～300次/min，垂直縱向力是由電磁振蕩器產(chǎn)生的電磁力，頻率300～1200次/min。
(3)初級圓球成型SMT激光孔板下凸出的液粒受向下的真空作用力吸引，呈顆粒滴狀脫離下落，在氧壓為40～600ppm的狀態(tài)下，液粒在自由沉降中逐漸收圓冷卻成表面光亮、無缺陷、含氧低、真圓度高的球形顆粒。通過各種參數(shù)的控制，可進行Φ0.1～1.0mm不同球徑圓球的制備。
所述的真空吸引力是由真空泵產(chǎn)生的-0.02～-0.06MPa的向下力。
(4)降落冷卻及抗氧化處理噴入合格的抗氧劑，使液粒在7～9m的冷卻筒中完成收圓冷卻的同時，與噴入的抗氧劑霧相撞產(chǎn)生包履，收圓冷卻的同時完成表面修飾。
(5)篩選、檢驗及包裝將包履抗氧化膜球粒放出后，進行球粒真圓度及粒徑篩選，經(jīng)檢驗合格產(chǎn)品進行包裝，不合格品返回熔化處理。
本方法所使用的成型裝置主要由金屬熔化爐、液粒成型器、圓球成型器三部分組成。其特征在于第一部的金屬熔化爐與第二部分的液粒成型器之間由放液管連接，放液管外有電熱絲加熱的保溫層；第二部分的液粒成型器與第三部分的圓球成型器緊連形成密閉系統(tǒng)；放液管、液粒成型器、圓球成型器中心線對中。
所述金屬熔化爐內(nèi)設(shè)不銹鋼熔化鍋，鍋內(nèi)設(shè)有自動控溫?zé)犭娕己头乓赫{(diào)節(jié)閥，放液閥與放液管相連接。
所述液粒成型器設(shè)計為密閉的機電振蕩結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是帶邊框的SMT激光孔板容器。容器上部與放液管中心線對中，四周邊設(shè)有可調(diào)控溫的裝置，底部為SMT激光孔板，上設(shè)有同一直徑分布均勻的若干微孔；SMT激光孔板微孔排列為100×100～300×300個，孔徑為0.05～0.50mm，誤差±0.005mm?？烧{(diào)電機及電振器的一端安裝在帶有保溫層的液粒成型器外殼內(nèi)部，另一端連接帶邊框的SMT激光孔板容器。
所述的圓球成型器是與液粒器連接的高7～9m的垂直圓筒。中上端設(shè)有帶可調(diào)電磁閥的抗氧劑霧化噴入管，控制氮氣及抗氧劑霧化噴入量，下端側(cè)邊設(shè)有帶可調(diào)電磁閥的真空抽氣管，控制成型機內(nèi)真空度及氣流速，底部設(shè)有帶控閥門的圓球顆粒收集桶。
本發(fā)明克服了以往技術(shù)的不足，具有以下優(yōu)點(1)工藝及設(shè)備適應(yīng)性強。通過調(diào)整不同的機電參數(shù)，滿足制取0.10～1.0mm不同粒徑的錫球(“裁切法”生產(chǎn)的最小直徑為0.25mm)；圓球表面光亮、球形度好、含氧量低，產(chǎn)品真圓度好，一次成型率高。
(2)在制成圓球的同時完成抗氧化問題。采用噴霧的方法將有機或無機抗氧化劑噴涂在球體表面，使球粒表面形成一層薄的抗氧化膜，確保初級圓球在后序產(chǎn)品選圓及分級過程中保持新鮮面目，不因接觸空氣氧化變色。
(3)與裁切法相比，省去“錫線裁切、清洗、烘干、成型液成型、清洗、烘干、冷卻、清洗”等工序，直接將所需合金熔化后即進行球體成型，產(chǎn)品成本比同類產(chǎn)品降低10％左右。
(4)生產(chǎn)裝置簡單，結(jié)構(gòu)合理，操作方便，在相同生產(chǎn)規(guī)模下，比現(xiàn)行“裁切法”可減少投資50％。


圖1是本發(fā)明所用的成型機結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖1，本發(fā)明所用的成型機主要由三大部分一是金屬熔化爐；二是液粒成型器；三是圓球成型器。金屬熔化爐與液粒成型器之間由帶保溫層的放液管6連接。
金屬熔化爐不銹鋼熔化鍋2有控溫?zé)犭娕?及放液調(diào)節(jié)閥3，不銹鋼熔化鍋2裝在外有保溫層及控溫電熱絲5的電熱爐內(nèi)，金屬熔融液16通過放液閥4進入外有調(diào)溫保溫層7內(nèi)的放液管6。
熔融液粒機電成型機金屬熔融液9在成型機外殼11內(nèi)設(shè)有SMT激光模板12及帶可控保溫框17內(nèi)，可控機械力及電磁力發(fā)生器10作用于可控保溫框17及支架8。
收圓冷卻及表面修飾液粒冷卻筒13接在成型機外殼11下端，液粒冷卻筒13中上部設(shè)有氮氣及抗氧劑霧化噴入管18，下端設(shè)有真空抽吸管15及產(chǎn)品集收桶14。
具體實施例方式
本發(fā)明可制取不同成分、不同粒徑的有色金屬球形顆粒。具體只需根據(jù)要求配制合金，并調(diào)整機械及電磁振動頻率、氣氛、壓力、溫度及SMT孔徑等相關(guān)參數(shù)，即可得到不同粒度的高真圓度的球形顆粒。
本發(fā)明通過以下實施例進一步說明。
實施例一利用上述成型裝置，采用原料為63％Sn、37％Pb的合金，按以下步驟制取焊錫球(1)合金熔化將商品1#Sn及1#Pb錠按比例或是合格的63Sn37Pb合金錠加入電熱熔化鍋內(nèi)加熱熔化后，經(jīng)充分攪拌均勻，待合金溫達360℃±10℃，準(zhǔn)備將合金液放入“液粒成型機”。
(2)機電整合液粒成型開啟“成型機”內(nèi)各加熱保溫設(shè)施，同時向機內(nèi)送入氮氣并調(diào)整好氣氛、壓力、溫度，其中氧氣氣氛100ppm，溫度390℃±10℃；啟動機電振蕩裝置，打開電熱熔化鍋內(nèi)放液閥放合金液入SMT激光孔板容器內(nèi)，在頻率分別為100次/min、800次/min的機械力及電磁力的共同作用下，熔融液穿透孔徑為Φ0.10mm±0.005mmSMT激光孔板呈液滴凸出。
(3)初級圓球成型、降落冷卻SMT激光孔板下凸出的液滴受來自向下-0.03MPa真空抽吸力脫落，液滴降落在7.5米高的冷卻筒內(nèi)收圓、冷卻、成型。
(4)抗氧化處理圓球在冷卻筒內(nèi)向下收圓、冷卻、成型的同時接受來至冷卻筒內(nèi)中上部噴入的抗氧霧劑的包履，完成圓球表面抗氧化處理呈初級圓球落進收集桶。
(5)篩選、檢驗及包裝將初級圓球收集桶內(nèi)初級圓球裝入給料倉，待“高精度圓球分選機”及“高精度球徑分選機”運轉(zhuǎn)正常后進行初級圓球的“真圓度分選”及“球徑分選”得到初級產(chǎn)品，經(jīng)檢驗后，合格球Φ0.25mm±0.008mm裝入瓶后充入惰性氣體入庫，不合格球返回合金熔化鍋處理。
實施例二按實施例一的方法和步驟制取96Sn3.5Ag0.5Cu的無鉛焊錫球。其中合金熔煉保溫溫度380℃±10℃，SMT激光孔板容器內(nèi)410℃±10℃，SMT激光孔板孔徑Φ0.06mm±0.005mm；其他工藝參數(shù)與實施例一相同，所得焊球粒徑為Φ0.15mm±0.005mm。
權(quán)利要求
1.一種BGA、CSP等IC封裝焊錫球制備工藝，其特征在于按以下步驟進行金屬熔化，機電整合液粒成型，初級圓球成型，降落冷卻及抗氧化處理，初級圓球篩選、檢驗及包裝。所述機電整合液粒成型是在氮氣保護下將熔融焊錫由帶可控調(diào)節(jié)閥的熔融液輸送管連續(xù)送入帶邊框的SMT激光孔板容器內(nèi)，SMT激光孔板容器底部分布有直徑相同的若干微孔，由機械力及電磁力產(chǎn)生的水平橫向力及垂直縱向力使帶邊框的SMT激光孔板容器產(chǎn)生水平及垂直振動，使熔融焊錫穿過SMT激光孔板底部微孔凸出欲向下滴的同時加上來自向下的真空吸引力，使熔融焊錫液滴脫離SMT激光孔板底部降落。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于所述的機電整合液粒成型，初級圓球成型，降落冷卻及抗氧化處理是一個連貫過程，熔融焊錫液滴脫離SMT激光孔板底部后，在一個高7～9米的垂直圓筒內(nèi)收圓成型、降落冷卻。
3.按權(quán)利要求1或2所述的制備工藝，其特征在于所述的熔融液輸送、液粒成型、初級圓球成型、降落冷卻及抗氧處理均在氮氣保護及40～600ppm的低氧氣氛中進行。
4.按權(quán)利要求1或2所述的制備工藝，其特征在于金屬熔化、液粒成型溫度應(yīng)高于焊錫熔點溫度100～200℃。
5.按權(quán)利要求1或2所述的制備工藝，其特征在于水平橫向力是由調(diào)速電動機及機構(gòu)產(chǎn)生的機械力，頻率為50～300次/min，垂直縱向力是由電磁振蕩器產(chǎn)生的電磁力，頻率為300～1200次/min，真空吸引力由真空泵產(chǎn)生的-0.02～-0.06Mpa向下力。
6.按權(quán)利要求1或2所述的制備工藝，其特征在于SMT激光孔板微孔排列為100×100～300×300個，孔徑為0.05～0.50mm孔。
7.一種制備BGA、CSP等IC封裝焊錫球所使用的成型裝置，主要由金屬熔化爐、液粒成型器、圓球成型器三部分組成。其特征在于第一部的金屬熔化爐內(nèi)的不銹鋼熔化鍋內(nèi)設(shè)有自動控溫?zé)犭娕己头乓赫{(diào)節(jié)閥，放液閥與放液管相連接；放液管外有電熱絲加熱的保溫層，放液閥出口與第二部分的液粒成型器連接；第二部分的液粒成型器與第三部分的圓球成型器緊連形成密閉系統(tǒng)；放液管、液粒成型器、圓球成型器中心線對中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成型裝置，其特征在于所述液粒成型器設(shè)計為密閉的機電振蕩結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是帶邊框的SMT激光孔板容器，其SMT激光孔板須經(jīng)精細加工而成，其微孔誤差為±0.005mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成型裝置，其特征在于所述的圓球成型器中上端設(shè)有帶可調(diào)電磁閥的氮氣及抗氧劑霧化噴入管，控制氮氣加入及抗氧劑霧化噴入量，下端側(cè)邊設(shè)有帶可調(diào)電磁閥的真空抽氣管，控制成型機內(nèi)真空度及氣流速。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有色金屬顆粒制備工藝及裝置，具體涉及BGA、CSP等IC封裝焊錫球制備工藝及裝置。其方法是在一定氣氛、溫度、壓力下，將熔融焊錫由帶可控調(diào)節(jié)閥的熔融液輸送管連續(xù)送入帶邊框的SMT激光孔板容器內(nèi)，在機電振蕩產(chǎn)生的橫向及縱向力的協(xié)同作用，使熔融焊錫穿過SMT激光孔板底部若干微孔呈凸出欲向下滴的同時，加上來自向下的真空吸引力，使熔融焊錫液滴脫離SMT激光孔板底部降落，并在一定高度垂直圓筒內(nèi)同時完成初級圓球成型及抗氧化處理，經(jīng)球粒真圓度及粒徑篩選、檢驗及包裝得到產(chǎn)品。所述成型裝置主要由金屬熔化爐、液粒成型器、圓球成型器三部分組成。用本工藝及裝置可制備φ0.1～1.0mm的有色金屬球形顆粒產(chǎn)品，方法簡單，成品率高，所得產(chǎn)品真圓度好，表面光亮及抗氧化性好。
文檔編號B23K35/40GK1657226SQ20041010084
公開日2005年8月24日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者朱華明, 劉寶權(quán), 黃迎紅, 王煒, 劉國宇, 朱林毅 申請人:云南錫業(yè)集團有限責(zé)任公司研究設(shè)計院