專利名稱：一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種植柱裝置，特別是一種采用陶瓷柱柵陣列工藝封裝時(shí)的植柱 裝置，屬于集成電路封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
陶瓷柱柵陣列(CCGA，Ceramic Column Grid Array)封裝是在陶瓷球柵陣列 (CBGA, Ceramic Ball Grid Array)封裝形式的擴(kuò)展。當(dāng)CBGA封裝尺寸大于32mm時(shí)，CBGA 焊球的可靠性降低，滿足不了高可靠應(yīng)用的場(chǎng)合。CCGA封裝采用柱狀引腳替代CBGA的球形 引腳，其可靠性與散熱性能得到了很大提高，同時(shí)，由于采用陶瓷封裝和柱狀引腳形式，使 得CCGA件具有良好的抗潮濕性能，形成CCGA較長(zhǎng)的使用壽命和高可靠性，在軍事、航天和 電信領(lǐng)域的應(yīng)用正不斷增加。國(guó)際上CCGA封裝已經(jīng)在FPGA、DSP、SoC等高端產(chǎn)品中得到了大批量應(yīng)用，CCGA產(chǎn) 品的輸出端子已經(jīng)達(dá)到2000個(gè)以上。CCGA有1. 27mm、1. Omm兩種節(jié)距。植柱模式有兩種 第一種方式是帶載板方式，焊柱通過(guò)載板(通常為陶瓷板)固定后，再整體與外殼進(jìn)行對(duì)準(zhǔn) 并回流完成焊接；第二種方式是焊線柱方式，焊柱通過(guò)與外殼基板焊盤位置完全一致的石 墨模板進(jìn)行固定，再進(jìn)行回流焊，焊接完成后脫模。本專利就屬于焊線柱方式中焊柱的分配
直ο但在國(guó)內(nèi)CCGA封裝還處于研發(fā)階段，缺少相關(guān)的技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)和設(shè)備，并且由于 國(guó)外的技術(shù)封鎖，也未檢索到國(guó)內(nèi)有與CCGA的植柱方法和設(shè)備相關(guān)的資料。而在具體使用 時(shí)，一般采用手工通過(guò)鑷子夾持焊柱一根一根進(jìn)行植柱。效率低，一致性差，鑷子夾持力還 會(huì)損傷焊柱表面。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種陶瓷柱柵陣列 封裝植柱裝置，該裝置解決了對(duì)集成電路進(jìn)行CCGA封裝時(shí)，只能由人工操作而無(wú)法對(duì)焊柱 自動(dòng)排列的問(wèn)題，同時(shí)還避免了由于人工植柱采用夾子夾取焊柱形成的表面夾持力，對(duì)焊 柱造成的傷害問(wèn)題。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是—種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于包括上料、料倉(cāng)、外套、活門和帽 蓋，上料管的上端開(kāi)口用于填充焊柱，上料管的下端開(kāi)口與料倉(cāng)的上端口相連，上料管的管 腔尺寸大于焊柱的直徑，且至少小于焊柱直徑長(zhǎng)度的兩倍，從而使得焊柱只能在管腔中首 尾相接的排列；料倉(cāng)套于外套中，料倉(cāng)可在外套中沿軸向上下運(yùn)動(dòng)，料倉(cāng)的內(nèi)腔直徑大于焊 柱直徑，但小于上料管的管腔尺寸；帽蓋套于外套下端，帽蓋底端有與焊柱直徑相適應(yīng)的出 料口，帽蓋內(nèi)部還有擋板，帽蓋的擋板形成中央開(kāi)口 ；活門為具有中空管腔且下端受到徑向 力可收縮的裝置，活門與料倉(cāng)相連，活門的管腔與料倉(cāng)的內(nèi)腔相接且在不收縮時(shí)與料倉(cāng)的 內(nèi)腔相適應(yīng)，活門沿垂直于料倉(cāng)軸向的徑向直徑從上到下逐漸擴(kuò)大，活門受料倉(cāng)的帶動(dòng)與料倉(cāng)沿同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活門受到垂直于料倉(cāng)軸向的徑向力時(shí)，活門的管腔將收縮后鎖緊。當(dāng)植柱時(shí)，焊柱經(jīng)上料管裝于料倉(cāng)內(nèi)，料倉(cāng)不受軸向的下壓力時(shí)，活門的管腔受帽 蓋的擋板的徑向力處于鎖緊狀態(tài)；沿軸向壓下料倉(cāng)時(shí)，料倉(cāng)沿軸向向下推動(dòng)活門，當(dāng)活門運(yùn) 動(dòng)到徑向直徑等于或小于帽蓋的擋板中央開(kāi)口直徑時(shí)，活門的管腔將開(kāi)啟，焊柱可從料倉(cāng) 落入活門并經(jīng)帽蓋的出料口送出；沿軸向抬起料倉(cāng)時(shí)，料倉(cāng)將沿軸向向上活動(dòng)并帶動(dòng)活門 恢復(fù)到原始位置，活門的管腔被帽蓋的擋板鎖緊。所述的料倉(cāng)的下端還安裝有彈性裝置，當(dāng)料倉(cāng)受力向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈性裝置被壓縮， 當(dāng)料倉(cāng)不受力時(shí)，彈性裝置可推動(dòng)料倉(cāng)恢復(fù)至原位置。所述的料倉(cāng)上部安裝有壓板，壓動(dòng)或抬起壓板可使料倉(cāng)在外套中沿軸向向下或向 上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)安裝有彈性裝置時(shí)，料倉(cāng)可在不壓壓板時(shí)憑借彈性裝置恢復(fù)至原位置。所述的料倉(cāng)上部有凸起，所述的外套上端有向內(nèi)突出的歧口，料倉(cāng)上部的凸起與 外套上端的歧口相適應(yīng)，用以控制料倉(cāng)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于外套的最高恢復(fù)位置。所述的上料管的管腔、料倉(cāng)的內(nèi)腔、活門的管腔和帽蓋的出料口內(nèi)孔徑的尺寸基 本一致，但軸向度依次提高，從而保證焊柱軸線與植柱面的垂直度逐段提高。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)利用本實(shí)用新型可在植柱時(shí)實(shí)現(xiàn)焊柱的自動(dòng)排列，明顯提高了工作效率。(2)采用本實(shí)用新型可保證焊柱送出時(shí)的垂直度，且無(wú)夾持力作用于焊柱表面，具 有便于操作、成品一致性好的優(yōu)點(diǎn)。(3)本實(shí)用新型除可手工操作外，還可利用壓板固定在固定臺(tái)上，利用振動(dòng)氣缸實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)植柱。
圖1為植柱裝置示意圖；圖2為料倉(cāng)剖視圖；圖3為活門剖視圖；圖4為采用本實(shí)用新型自動(dòng)植柱時(shí)的安裝圖。
具體實(shí)施方式
下面就結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步介紹。如圖1，為本實(shí)用新型所述的陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置的沿軸線的剖視圖，包 括上料管1、料倉(cāng)3、外套4、活門5和帽蓋6，同時(shí)還包括壓板2與卡套7。其中，上料管1為兩端開(kāi)口的軟管，用于向植柱裝置填充焊料；料倉(cāng)3利用其內(nèi)腔 可在植柱時(shí)存儲(chǔ)預(yù)使用的焊柱，并使其可沿料倉(cāng)3軸線方向上下依次排列；活門5為用于控 制焊柱輸出的開(kāi)關(guān)裝置，在合適的時(shí)間間隔內(nèi)，活門每打開(kāi)一次，可送出一個(gè)焊柱；外套4 與帽蓋6用于套裝料倉(cāng)3與活門5;帽蓋6具有與活門開(kāi)口相對(duì)的出料口 61。在本實(shí)施例 中的壓板2安裝于料倉(cāng)3超出于外套4之上的部位，利用壓板2可控制料倉(cāng)3在外套4內(nèi) 沿軸向的運(yùn)動(dòng)。采用本實(shí)施例的植柱裝置對(duì)CCGA封裝形式集成電路進(jìn)行植柱時(shí)，植柱裝置將垂 直于被焊的陶瓷管殼的引腳面放置。上料管1上端用于連接填裝焊料的料斗，下端與料倉(cāng)3內(nèi)腔的上開(kāi)口對(duì)接，可通過(guò)螺母進(jìn)行固定。CCGA封裝采用的焊料為直徑0. 5mm，軸長(zhǎng)2. 2mm的圓柱，材質(zhì)為鉛錫焊料， 表面鍍金的焊柱。為使焊柱能首尾相接的順序進(jìn)入上料管1，且不發(fā)生堵塞，上料管1的管 腔直徑要略大于焊料的直徑，且要小于2倍的焊料的直徑。本實(shí)施例中，上料管1的管腔直 徑大于焊柱直徑0. 2 0. 5mm。同時(shí)，由于在植柱時(shí)，料倉(cāng)3的上下活動(dòng)會(huì)影響上料管1的 整體形狀，組裝時(shí)可取上料管1的長(zhǎng)度大于兩接頭直線距離3 5mm，使得兩端接好后上料 管1會(huì)具有一定的弧度，且該弧度要遠(yuǎn)大于90度，不形成死角。通過(guò)此種設(shè)計(jì)保證了在料 倉(cāng)3上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響向上料管1中填充焊柱。如圖2所示為本實(shí)用新型實(shí)施例中料倉(cāng)3沿軸線的剖視圖。料倉(cāng)3為組合回轉(zhuǎn)體 結(jié)構(gòu)，有中空的管腔，采用剛性材料制造。管腔的直徑大于焊柱直徑0. 1 0. 15mm,因此，焊 柱在料倉(cāng)3內(nèi)的同軸度比在上料管1里的同軸度高。料倉(cāng)3套于外套4中，外套4的上端 開(kāi)口向內(nèi)突出形成歧口并與料倉(cāng)3上端向外的凸起相適應(yīng)。當(dāng)料倉(cāng)3在外套4中向上運(yùn)動(dòng) 時(shí)，可利用此設(shè)計(jì)卡住料倉(cāng)3，從而限定了料倉(cāng)3在外套4內(nèi)運(yùn)動(dòng)的最高恢復(fù)位置。本實(shí)施 例中，為便于對(duì)料倉(cāng)3上下運(yùn)動(dòng)的操控，在料倉(cāng)3超出外套4的上部，安裝有擋板2。擋板2 可以手壓，或者利用氣缸配合氣動(dòng)控制裝置的方式壓動(dòng)。如圖3所示為本實(shí)用新型實(shí)施例中活門沿軸線的剖面圖?；铋T5與料倉(cāng)3的下端 相連接。活門5為具有中空管腔、下端受徑向力時(shí)可收縮鎖緊管腔的結(jié)構(gòu)?；铋T5的管腔 與料倉(cāng)3的內(nèi)腔相接，活門5管腔的直徑大于焊柱直徑0. 08 0. 15mm?；铋T5處于開(kāi)啟 狀態(tài)時(shí)，管腔可允許焊柱從中豎直滑出。在本實(shí)施例中，活門5上端為臺(tái)階軸結(jié)構(gòu)；下端為 截頂圓錐結(jié)構(gòu)，錐面上端外徑為2. 1mm，錐面下端外徑3. 6mm。在活門5的圓錐面上均勻的 開(kāi)有四個(gè)寬度為0. 2mm，深度是為2. Imm的槽，沿垂直于軸向的徑向擠壓圓錐面部分，四個(gè) 槽將收縮，從而使得中空管腔鎖緊，焊柱無(wú)法通過(guò)，活門處于鎖緊狀態(tài)。對(duì)于活門中槽的設(shè) 計(jì)，還可均勻開(kāi)有三個(gè)槽，從而在鎖緊時(shí)，柱、錐部分的同軸性將更好。當(dāng)不實(shí)施植柱時(shí)，料 倉(cāng)3與活門5處于原始位置，此時(shí)活門5受到徑向力，焊柱被保持于植柱裝置中。在實(shí)施植 柱時(shí)，料倉(cāng)3帶動(dòng)活門5向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活門5沿外徑變小的方向運(yùn)動(dòng)，徑向力消失，管腔 打開(kāi)，焊柱落出?？刂坪脮r(shí)間間隔，每送出一個(gè)焊柱，料倉(cāng)3升起從而帶動(dòng)活門5重新返回 至鎖緊位置。除本實(shí)施例所示活門結(jié)構(gòu)外，本實(shí)用新型中的活門還可采用與本實(shí)施例中所 示活門具有相同作用的結(jié)構(gòu)，以保證整個(gè)裝置的功能。整個(gè)植柱裝置的下端安裝有帽蓋6，帽蓋6頂端還有出料口 61，用于保證焊柱送出 位置的穩(wěn)定。出料口內(nèi)孔徑大于焊柱直徑0. 05 0. 08mm,使焊柱經(jīng)料倉(cāng)3的內(nèi)腔、活門5 的管腔到過(guò)出料口，其軸線對(duì)植柱面的垂直度依次提高。在帽蓋6的內(nèi)部還具有擋板62， 擋板62圍繞帽蓋的內(nèi)壁向內(nèi)延伸，并形成一個(gè)中央開(kāi)口，中央開(kāi)口的直徑可在不實(shí)施焊接 時(shí)保證活門5受到徑向力而鎖緊。在本實(shí)施例中，為更好的保證活門5的鎖緊，采用了卡套 7，卡套7為圓柱筒形結(jié)構(gòu)，下部直徑大于上部直徑，卡套7放置于在擋板62上，安裝活門5 時(shí)，將活門5從上到下穿過(guò)卡套7后再與料倉(cāng)3相連?？ㄌ?的內(nèi)徑可為活門5提供上述 用于鎖緊的徑向力。在本實(shí)施例中，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的自動(dòng)化程度，在料倉(cāng)3下端與帽蓋6的 擋板62間安裝有彈簧。彈簧被安裝后始終處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)料倉(cāng)3受到下壓力向下運(yùn)動(dòng)時(shí)， 彈簧將被進(jìn)一步壓縮。下壓力消失時(shí)，彈簧憑借自身的張力可推動(dòng)料倉(cāng)3至原始恢復(fù)位置。 當(dāng)采用卡套7時(shí)，彈簧安裝于料倉(cāng)3與卡套7間，料倉(cāng)3不受力時(shí)，彈簧仍可憑此時(shí)的張力，將卡套7頂于擋板62上。本實(shí)用新型的植柱裝置可采用手動(dòng)或自動(dòng)的方式進(jìn)行操作。手動(dòng)操作時(shí)，手握外 套保持植柱裝置與植柱面相垂直，利用料斗或人工向上料管1中填充焊柱，并逐次下動(dòng)壓 板送出焊柱后，再移動(dòng)到下一位置。自動(dòng)操作時(shí)，如圖4所示，可將植柱裝置與被焊管殼固 定于工作臺(tái)上，振動(dòng)器9用于下壓壓板2。調(diào)整好氣缸的推進(jìn)時(shí)間間隔以及植柱裝置與被焊 管殼10每次的相對(duì)移動(dòng)方式、水平間隙以及垂直距離后，進(jìn)行操作。氣缸9推動(dòng)一次，下壓 壓板2 —次，再按照定義的移動(dòng)方式移動(dòng)植柱裝置或被焊管殼10 —次，依次進(jìn)行直到全部 焊柱植柱完成。對(duì)于自動(dòng)操作時(shí)，為便于將本實(shí)用新型的植柱裝置進(jìn)行固定，還可在外套4 的外側(cè)設(shè)置凸起42，并采用圖1所示的相應(yīng)方式進(jìn)行固定。本實(shí)用新型未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。以上所述僅為本實(shí)用新 型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任 何修改、等同替換，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于包括上料管(1)、料倉(cāng)C3)、外套(4)、 活門(5)和帽蓋(6)，上料管(1)的上端開(kāi)口用于填充焊柱，上料管(1)的下端開(kāi)口與料倉(cāng) (3)的上端口相連，上料管(1)的管腔尺寸大于焊柱的直徑，且至少小于焊柱直徑長(zhǎng)度的兩 倍，從而使得焊柱只能在管腔中首尾相接的排列；料倉(cāng)⑶套于外套⑷中，料倉(cāng)⑶可在 外套(4)中沿軸向上下運(yùn)動(dòng)，料倉(cāng)(3)的內(nèi)腔直徑大于焊柱直徑，但小于上料管(1)的管腔 尺寸；帽蓋(6)套于外套(4)下端，帽蓋(6)底端有與焊柱直徑相適應(yīng)的出料口(61)，帽蓋 (6)內(nèi)部還有擋板(62)，帽蓋的擋板(62)形成中央開(kāi)口 ；活門(5)為具有中空管腔且下端 受到徑向力可收縮的裝置，活門(5)與料倉(cāng)(3)相連，活門(5)的管腔與料倉(cāng)(3)的內(nèi)腔相 接且在不收縮時(shí)與料倉(cāng)(3)的內(nèi)腔相適應(yīng)，活門( 垂直于料倉(cāng)C3)軸向的徑向直徑從上 到下沿逐漸擴(kuò)大，活門( 受料倉(cāng)(3)的帶動(dòng)與料倉(cāng)(3)沿同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活門(5)受 到垂直于料倉(cāng)(3)軸向的徑向力時(shí)，活門(5)的管腔將收縮后鎖緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于所述的料倉(cāng) (3)的下端還安裝有彈性裝置，當(dāng)料倉(cāng)C3)受力向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈性裝置被壓縮，當(dāng)料倉(cāng)(3)不 受力時(shí)，彈性裝置可推動(dòng)料倉(cāng)C3)恢復(fù)至原位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于所述的料倉(cāng)(3)上部安裝有壓板O)，壓動(dòng)或抬起壓板( 可使料倉(cāng)C3)在外套(4)中沿軸向向下或向 上運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于所述的 料倉(cāng)C3)上部安裝有壓板O)，壓動(dòng)壓板( 可使料倉(cāng)C3)在外套中沿軸向向下運(yùn)動(dòng)； 不壓動(dòng)壓板( 料倉(cāng)( 可憑借彈性裝置恢復(fù)至原位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于所述的 料倉(cāng)C3)上部有凸起，所述的外套(4)上端有向內(nèi)突出的歧口，料倉(cāng)C3)上部的凸起與外套(4)上端的歧口相適應(yīng)，用以控制料倉(cāng)(3)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于外套的最高恢復(fù)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于所述的料倉(cāng) (3)上部有凸起，所述的外套(4)上端有向內(nèi)突出的歧口，料倉(cāng)(3)上部的凸起與外套(4) 上端的歧口相適應(yīng)，用以控制料倉(cāng)(3)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于外套的最高恢復(fù)位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于所述的 上料管⑴的管腔、料倉(cāng)⑶的內(nèi)腔、活門(5)的管腔和帽蓋(6)的出料口內(nèi)孔徑的尺寸基 本一致，但軸向度依次提高，從而保證焊柱軸線與植柱面的垂直度逐段提高。
專利摘要一種陶瓷柱柵陣列封裝植柱裝置，其特征在于包括上料管、料倉(cāng)、外套、活門和帽蓋，上料管、料倉(cāng)與活門依次連接，其管腔沿軸向相對(duì)，料倉(cāng)與活門分別套裝于外套和帽蓋內(nèi)，帽蓋具有出料口，且出料口與活門管腔相對(duì)。焊柱通過(guò)上料管裝于植柱裝置的管腔內(nèi)，植柱時(shí)，將植柱裝置垂直放置于被焊管殼上，料倉(cāng)在外套內(nèi)帶動(dòng)活門沿軸向運(yùn)動(dòng)，從而利用活門管腔的開(kāi)閉控制焊柱的送出，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊柱的自動(dòng)植柱。利用本實(shí)用新型解決了人工植柱費(fèi)時(shí)費(fèi)力且精度低的問(wèn)題，大大提高了工作效率與植柱精度。
文檔編號(hào)H01L21/50GK201893320SQ20102053575
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者于海平, 曹玉生, 林鵬榮 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七二研究所, 北京時(shí)代民芯科技有限公司