本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)型焊柱制備裝置及制備方法，屬于陶瓷電子元器件封裝領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代集成電路技術(shù)飛速發(fā)展，集成電路的小型化、高速化和高可靠性要求電子元器件向小型化和集成化轉(zhuǎn)變，同時(shí)促使新的封裝技術(shù)也隨之不斷出現(xiàn)和發(fā)展。陶瓷球柵陣列封裝作為球柵陣列封裝的一種封裝形式具有互連密度高、氣密性強(qiáng)、耐濕性能好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，陶瓷柱柵陣列封裝是陶瓷球柵陣列封裝的發(fā)展和改進(jìn)，用柱柵取代球柵，大大環(huán)節(jié)了氧化鋁陶瓷外殼與環(huán)氧樹(shù)脂印制電路板之間由于熱膨脹系不匹配帶來(lái)的熱疲勞問(wèn)題，從而提高了組裝的可靠性。陶瓷柱柵陣列封裝具有耐高溫、耐高壓和高可靠的特性，適用于大尺寸和高密度的情況。因此在軍事、航空和航天電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域占有重要的地位。但焊柱的制備一直成為制約我國(guó)陶瓷柱柵陣列封裝的關(guān)鍵因素，陶瓷柱柵陣列封裝所用焊柱主要有90Pb10Sn常規(guī)焊柱和增強(qiáng)型焊柱兩種，增強(qiáng)型焊柱由于其焊柱本身的材料屬性，相比于常規(guī)焊柱其具有更高的封裝可靠性及產(chǎn)品的可使用性。從制備角度來(lái)講，增強(qiáng)型焊柱與90Pb10Sn常規(guī)焊柱相比，增強(qiáng)型焊柱為復(fù)合性結(jié)構(gòu)，通過(guò)焊錫柱表面銅帶的纏繞和63Sn37Pb浸潤(rùn)，增強(qiáng)焊柱本身的強(qiáng)度，其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，制備難度更高。

目前，國(guó)外僅有一家公司(美國(guó)的6-Sigma公司)具備增強(qiáng)型焊柱制備生產(chǎn)能力，其生產(chǎn)的增強(qiáng)型焊柱已被廣泛應(yīng)用于高可靠集成電路陶瓷封裝工藝過(guò)程中，美國(guó)的TOPLINE公司正在研發(fā)增強(qiáng)型焊柱的制備技術(shù)，但尚不成熟。國(guó)內(nèi)尚不具備增強(qiáng)型焊柱制備的技術(shù)能力，僅可自主制備90Pb10Sn常規(guī)焊柱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決的問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種增強(qiáng)型焊柱制備裝置及制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種增強(qiáng)型焊柱制備裝置，包括焊絲供給機(jī)構(gòu)、銅帶纏繞機(jī)構(gòu)、銅帶浸焊機(jī)構(gòu)和焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)；

所述焊絲供給機(jī)構(gòu)用于向銅帶纏繞機(jī)構(gòu)傳送平直的焊絲；銅帶纏繞機(jī)構(gòu)在傳送過(guò)來(lái)的焊絲表面以一定角度螺旋纏繞銅帶；銅帶浸焊機(jī)構(gòu)在纏繞銅帶的焊絲表面浸潤(rùn)一層焊錫，使銅帶和焊絲緊密焊接在一起，得到增強(qiáng)型焊絲，并傳送給焊絲切斷機(jī)構(gòu)；焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)首先將增強(qiáng)型焊絲整平，然后按照要求的長(zhǎng)度對(duì)焊絲進(jìn)行切斷，得到多根增強(qiáng)型焊柱。

所述焊絲供給機(jī)構(gòu)包括焊絲傳送結(jié)構(gòu)和第一焊絲整平結(jié)構(gòu)；

焊絲傳送結(jié)構(gòu)包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿和一個(gè)用于固定旋轉(zhuǎn)螺桿的支架，旋轉(zhuǎn)螺桿上放置成卷的焊絲；

第一焊絲整平結(jié)構(gòu)包括多組滾輪，多組滾輪對(duì)稱地位于焊絲上下兩側(cè)，與焊絲緊密貼合夾緊，可從上下表面將焊絲進(jìn)行預(yù)整平，并將焊絲向外傳送。

所述銅帶纏繞機(jī)構(gòu)包括限位孔及套管、銅帶傳送結(jié)構(gòu)和螺旋纏繞結(jié)構(gòu)；

套管位于限位孔中，套管和限位孔配合用于將焊絲供給機(jī)構(gòu)傳送過(guò)來(lái)的焊絲進(jìn)行精密整平；

螺旋纏繞結(jié)構(gòu)在電機(jī)的帶動(dòng)下能夠沿焊絲進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，銅帶傳送結(jié)構(gòu)固定在螺旋纏繞結(jié)構(gòu)上，銅帶傳送結(jié)構(gòu)包含一對(duì)滾輪，該滾輪用于夾緊銅帶，并將銅帶傳送給焊絲，在螺旋纏繞結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)下將銅帶纏繞在焊絲上。

所述銅帶浸焊機(jī)構(gòu)包括助焊劑浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)和焊料浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)；

助焊劑浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)包括第一凹槽、第一滾輪組和加熱臺(tái)，所述第一凹槽用于放置助焊劑，且在助焊劑上方的第一凹槽側(cè)壁上加工有通孔；第一滾輪組位于第一凹槽中，焊絲能夠穿過(guò)通孔進(jìn)入第一滾輪組中，所述第一滾輪組保證焊絲能夠完全浸潤(rùn)在助焊劑中，加熱臺(tái)用于將第一凹槽中助焊劑加熱，保證助焊劑能夠流動(dòng)且具有粘附性；

焊料浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)包括第二凹槽、第二滾輪組、加熱器和溫控系統(tǒng)，所述第二凹槽用于放置焊料，且在焊料上方的第二凹槽側(cè)壁上加工有通孔；第二滾輪組位于第二凹槽中，焊絲能夠穿過(guò)通孔進(jìn)入第二滾輪組中，所述第二滾輪組保證焊絲能夠完全浸潤(rùn)在焊料中；加熱器使第二凹槽內(nèi)的焊料全部熔化，溫控系統(tǒng)使第二凹槽內(nèi)溫度保持在適當(dāng)溫度范圍內(nèi)。

所述焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)包括第二焊絲整平結(jié)構(gòu)和焊絲切斷結(jié)構(gòu)；

第二焊絲整平結(jié)構(gòu)包括多組滾輪，多組滾輪對(duì)稱地位于增強(qiáng)型焊絲上下兩側(cè)，與增強(qiáng)型焊絲緊密貼合夾緊，用于從上下表面將增強(qiáng)型焊絲進(jìn)行預(yù)整平，并向外傳送；

焊絲切斷結(jié)構(gòu)包括刀片組和氣動(dòng)馬達(dá)，所述刀片組包括兩個(gè)刀片，兩個(gè)刀片的間距與要切斷的長(zhǎng)度相同，兩個(gè)刀片的切斷方向與焊絲傳送方向垂直；氣動(dòng)馬達(dá)與外部壓縮空氣連通，氣動(dòng)馬達(dá)在壓縮空氣的作用下向外推動(dòng)刀片組，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊絲切斷。

利用所述制備裝置制備增強(qiáng)型焊柱的方法，包括如下步驟：

(1)將焊柱制備裝置接通電源和氣源，測(cè)試其電、氣均連接正常；

(2)將成卷的焊絲放入焊絲供給機(jī)構(gòu)中，將銅帶放入銅帶供給機(jī)構(gòu)中，使用鑷子將焊絲和銅帶的端頭穿入制備裝置中，調(diào)整焊絲供給機(jī)構(gòu)的高度，以保證焊絲水平；

(3)在助焊劑浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)上設(shè)定加熱臺(tái)的加熱溫度為80℃～150℃，焊料浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)上設(shè)定加熱器加熱溫度為230℃～250℃，等待實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定溫度后穩(wěn)定10min；

(4)控制焊絲供給機(jī)構(gòu)和焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)的滾輪、銅帶纏繞機(jī)構(gòu)中的電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，使增強(qiáng)型焊柱制備裝置開(kāi)始工作，進(jìn)行增強(qiáng)型焊柱的制備；

(5)將制備好的增強(qiáng)型焊柱進(jìn)行篩選和清洗；

(6)制備完成后關(guān)閉電源和氣源。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明裝置操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型焊柱的批量制備。

2、焊絲供給機(jī)構(gòu)通過(guò)焊絲整平可將高卷曲度的焊絲平直化，使焊絲表面零損傷，利于后續(xù)銅帶纏繞及浸焊過(guò)程。

3、銅帶纏繞機(jī)構(gòu)可將銅帶以一定角度螺旋纏繞在焊絲表面，纏繞過(guò)程中焊絲表面損傷小，纏繞角度一致性好，纏繞后銅帶與焊絲表面間隙小于50μm，有效保障后續(xù)銅帶浸焊的質(zhì)量。

4、銅帶浸焊機(jī)構(gòu)可將焊絲和銅帶表面浸焊上一層焊料，并使銅帶與焊絲表面形成良好焊接，通過(guò)控制溫度，可使焊絲內(nèi)空洞率小于1％，浸焊焊料厚度精度優(yōu)于±20μm；

5、焊絲切斷機(jī)構(gòu)通過(guò)氣動(dòng)馬達(dá)推動(dòng)刀片對(duì)增強(qiáng)型焊絲進(jìn)行切斷，可將增強(qiáng)型焊絲自動(dòng)切斷成多根固定長(zhǎng)度的焊柱，長(zhǎng)度一致性優(yōu)于±20μm，焊柱端頭圓度和平整形良好。

附圖說(shuō)明

圖1為增強(qiáng)型焊柱制備裝置示意圖；

圖2為焊絲供給機(jī)構(gòu)示意圖；

圖3為銅帶纏繞機(jī)構(gòu)示意圖；

圖4為銅帶浸焊機(jī)構(gòu)示意圖；

圖5為焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

本發(fā)明提出一種增強(qiáng)型焊柱制備裝置，如圖1所示，包括焊絲供給機(jī)構(gòu)1、銅帶纏繞機(jī)構(gòu)2、銅帶浸焊機(jī)構(gòu)3和焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)4。

焊絲供給機(jī)構(gòu)1用于向銅帶纏繞機(jī)構(gòu)2傳送平直的焊絲，如圖2所示，包括焊絲傳送結(jié)構(gòu)11和第一焊絲整平結(jié)構(gòu)12，焊絲傳送結(jié)構(gòu)11包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿和一個(gè)用于固定旋轉(zhuǎn)螺桿的支架，旋轉(zhuǎn)螺桿上放置成卷的焊絲，將焊絲供給機(jī)構(gòu)1調(diào)整到合適的高度，確保焊絲在整個(gè)裝置中處于水平運(yùn)動(dòng)。第一焊絲整平結(jié)構(gòu)12包括多組滾輪，多組滾輪對(duì)稱地位于焊絲上下兩側(cè)如三組滾輪，焊絲上下各三個(gè)滾輪，與焊絲緊密貼合夾緊，可從上下表面將焊絲進(jìn)行預(yù)整平，并將焊絲向外傳送。

銅帶纏繞機(jī)構(gòu)2在傳送過(guò)來(lái)的焊絲表面以一定角度螺旋纏繞銅帶。如圖3所示，銅帶纏繞機(jī)構(gòu)2包括限位孔21及套管22、銅帶傳送結(jié)構(gòu)23和螺旋纏繞結(jié)構(gòu)24。

套管22位于限位孔21中，套管22和限位孔21配合用于將焊絲供給機(jī)構(gòu)1傳送過(guò)來(lái)的焊絲進(jìn)行精密整平。套管采用柔性材料制成，放置對(duì)焊絲造成損傷，套管的外徑尺寸與限位孔的內(nèi)徑尺寸一致，套管厚度為0.55mm左右。

螺旋纏繞結(jié)構(gòu)24在電機(jī)的帶動(dòng)下能夠沿焊絲進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，銅帶傳送結(jié)構(gòu)23固定在螺旋纏繞結(jié)構(gòu)24上，銅帶傳送結(jié)構(gòu)23包含一對(duì)滾輪，該滾輪用于夾緊銅帶，并以一定速度將銅帶傳送給焊絲，在螺旋纏繞結(jié)構(gòu)24的旋轉(zhuǎn)下將銅帶纏繞在焊絲上?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整銅帶傳送結(jié)構(gòu)23與螺旋纏繞結(jié)構(gòu)24之間的角度，調(diào)節(jié)銅帶纏繞時(shí)的傾斜角度和銅帶纏繞的間距。本發(fā)明通過(guò)各機(jī)構(gòu)的精密配合，使銅帶緊密貼合在焊絲表面，銅帶和焊絲間無(wú)50μm以上的間隙，保障后續(xù)銅帶浸焊效果。

銅帶浸焊機(jī)構(gòu)3在纏繞銅帶的焊絲表面浸潤(rùn)一層焊錫，使銅帶和焊絲緊密焊接在一起，得到增強(qiáng)型焊絲，并傳送給焊絲切斷機(jī)構(gòu)4。如圖4所示，銅帶浸焊機(jī)構(gòu)3包括助焊劑浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)31和焊料浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)32。

助焊劑浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)31主要通過(guò)滾輪使表面纏繞銅帶的焊絲勻速平穩(wěn)通過(guò)助焊劑槽，使其表面涂敷上均勻的一層助焊劑。助焊劑浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)31包括第一凹槽311、第一滾輪組312和加熱臺(tái)313，所述第一凹槽311用于放置助焊劑，且在助焊劑上方的第一凹槽311側(cè)壁上加工有通孔；第一滾輪組312位于第一凹槽311中，焊絲能夠穿過(guò)通孔進(jìn)入第一滾輪組312中，所述第一滾輪組312保證焊絲能夠完全浸潤(rùn)在助焊劑中，加熱臺(tái)用于將第一凹槽311中助焊劑加熱到適當(dāng)溫度，使助焊劑具有一定的流動(dòng)性和粘附性。

焊料浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)32對(duì)涂敷好助焊劑的焊絲進(jìn)行焊接。焊料浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)32包括第二凹槽321、第二滾輪組322、加熱器323和溫控系統(tǒng)324，所述第二凹槽321用于放置焊料，且在焊料上方的第二凹槽321側(cè)壁上加工有通孔；第二滾輪組322位于第二凹槽321中，焊絲能夠穿過(guò)通孔進(jìn)入第二滾輪組322中，所述第二滾輪組322保證焊絲能夠完全浸潤(rùn)在焊料中；加熱器323使第二凹槽321內(nèi)的焊料全部熔化，溫控系統(tǒng)324使第二凹槽321內(nèi)溫度保持在適當(dāng)溫度范圍內(nèi)保持在230℃～250℃之間，該溫度能夠保證焊料熔化，同時(shí)保證焊接質(zhì)量。

焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)4首先將增強(qiáng)型焊絲整平，然后按照要求的長(zhǎng)度對(duì)焊絲進(jìn)行切斷，得到多根增強(qiáng)型焊柱。如圖5所示，焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)4包括第二焊絲整平結(jié)構(gòu)41和焊絲切斷結(jié)構(gòu)42，第二焊絲整平結(jié)構(gòu)41包括多組滾輪，多組滾輪對(duì)稱地位于增強(qiáng)型焊絲上下兩側(cè)，與增強(qiáng)型焊絲緊密貼合夾緊，用于從上下表面將增強(qiáng)型焊絲進(jìn)行預(yù)整平，并向外傳送。焊絲切斷結(jié)構(gòu)42包括刀片組和氣動(dòng)馬達(dá)，刀片組包括兩個(gè)刀片，兩個(gè)刀片的間距與要切斷的長(zhǎng)度相同，兩個(gè)刀片的切斷方向與焊絲傳送方向垂直；氣動(dòng)馬達(dá)與外部壓縮空氣連通，氣動(dòng)馬達(dá)在壓縮空氣的作用下向外推動(dòng)刀片組，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊絲切斷，形成一段一段的焊柱。

為了進(jìn)一步提高本套裝置的自動(dòng)化程度，可以將本發(fā)明裝置中涉及的滾輪組與控制器連接，通過(guò)控制器控制滾輪組工作。

以制備80Pb20Sn增強(qiáng)型焊柱為例，其外形尺寸為Ф0.51mm，高為2.2mm；化學(xué)成分中鉛含量為80％wt，錫含量為20％wt。

具體實(shí)施步驟如下：

(1)將焊柱制備裝置接通電源和氣源，測(cè)試其電、氣均連接正常；

(2)選用Ф0.53mm套管安放于限位孔中，選用刀片組進(jìn)行焊絲切斷，刀片組中兩個(gè)刀片的距離為2.2mm；

(3)將成卷的80Pb20Sn焊絲放入焊絲供給機(jī)構(gòu)中，將15μm厚純銅帶放入銅帶供給機(jī)構(gòu)中。使用鑷子將焊絲和銅帶的端頭穿入整個(gè)機(jī)構(gòu)中，保證焊絲的水平；

(4)在助焊劑浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)31的加熱臺(tái)上設(shè)定加熱溫度為80℃～150℃，在焊料浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)的加熱器上設(shè)定加熱溫度為230℃～250℃，等待實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定溫度后穩(wěn)定10min；

(5)控制焊絲供給機(jī)構(gòu)1和焊絲整平切斷機(jī)構(gòu)4的滾輪、銅帶纏繞機(jī)構(gòu)2中的電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，使增強(qiáng)型焊柱制備裝置開(kāi)始工作，進(jìn)行增強(qiáng)型焊柱的制備；

(6)將制備好的增強(qiáng)型焊柱進(jìn)行篩選和清洗；

(7)關(guān)閉電源和氣源。

本發(fā)明的目的在于改變目前國(guó)內(nèi)無(wú)法自主制備增強(qiáng)型焊柱的情況，提供一種通過(guò)焊絲整平、銅帶纏繞、浸錫和切斷的方式制備增強(qiáng)型焊柱的裝置及方法，該裝置及方法操作簡(jiǎn)便，且通過(guò)刀片自動(dòng)切斷焊絲，能保證制備的焊柱具有良好的表面狀態(tài)和端面平整性。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。