CN1309529C - Ic封装用焊锡球“熔融机电整合”一次成型工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有色金属颗粒制备工艺及装置，具体涉及BGA、CSP等IC封装焊锡球制备工艺及装置。其方法是在机电振荡产生的横向及纵向力协同作用下，使熔融焊锡穿过SMT激光孔板底部若干微孔呈凸出欲向下滴的同时，在来自向下的真空吸引力作用下，脱离SMT激光孔板底部降落，并在一定高度垂直圆筒内同时完成初级圆球成型及抗氧化处理，经球粒真圆度及粒径筛选、检验及包装得到产品。所述成型装置主要由金属熔化炉、液粒成型器、圆球成型器三部分组成。用本工艺及装置可制备φ0.1～1.0mm的有色金属球形颗粒产品，方法简单，成品率高，所得产品真圆度好，表面光亮及抗氧化性好。

Description

IC封装用焊锡球“熔融机电整合”一次成型工艺及装置

技术领域

本发明涉及有色金属颗粒制备工艺及装置，具体涉及BGA、CSP等IC封装焊锡球制备工艺及装置。

背景技术

焊锡球是BGA封装和CSP封装IC的金属引脚，主要用于笔记本电脑、移动通信设备、电脑主机板、掌上电脑、卫星定位系统、数码相机等产品中。目前，国际上生产焊锡球普遍采用的方法是定量熔凝法，即裁切法，其主要工艺是先将金属拉制成细径心线，将细丝裁切成所需成型尺寸的截线材，之后利用材料本身的自重于特定成型液进行成型处理，经清洗、筛分、检验而制得，如CN1355075、CN1320959A专利。但工艺存在以下极限：(1)受细丝线径限制，＜0.3mm球径焊锡球无法以“裁切法”工艺制作，目前该方法主要用于＞0.3mm球径生产，难以满足IC封装技术向精细化、微型化发展的需要；(2)冲切时易产生公差，成品率低；(3)采用成型液定型，增加了后续清洗、烘干工序，一定程度上增加了产品的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应性强，产品率高，产品质量好，原材料消耗少，制造方法简单的焊锡球成型工艺；同时，还提供该方法所使用的成型装置。

本发明BAG、CSP等IC封装用焊锡球“熔融一机电整合”一次成型工艺主要包括以下步骤：金属熔化，机电整合液粒成型，初级圆球成型，降落冷却及抗氧化处理，初级圆球筛选、检验及包装。其特征在于：

(1)金属熔化：将一定量的金属或合金投入电热熔化锅内加温熔化，于熔点上100～200℃下进行充分搅拌、保温。

(2)机电整合液粒成型：开启熔融液粒器传动电机、真空泵，待液粒器内气氛、温度、压力等调整正常，打开受液阀，通过带有可控保温的送液管，将熔融液送入由机械力及电磁力控调的带边框SMT激光孔板容器内，在机械力、电磁力横向及纵向作用力下，液粒从带边框SMT激光孔板内透过并向下凸出。

根据所制备不同粒径的粉体，SMT激光孔板的孔径为0.05～0.50mm，误差±0.005mm；水平横向力是由调速电动机及机构产生的机械力，频率50～300次/min，垂直纵向力是由电磁振荡器产生的电磁力，频率300～1200次/min。

(3)初级圆球成型：SMT激光孔板下凸出的液粒受向下的真空作用力吸引，呈颗粒滴状脱离下落，在氧压为40～600ppm的状态下，液粒在自由沉降中逐渐收圆冷却成表面光亮、无缺陷、含氧低、真圆度高的球形颗粒。通过各种参数的控制，可进行Φ0.1～1.0mm不同球径圆球的制备。

所述的真空吸引力是由真空泵产生的-0.02～-0.06MPa的向下力。

(4)降落冷却及抗氧化处理：喷入合格的抗氧剂，使液粒在7～9m的冷却筒中完成收圆冷却的同时，与喷入的抗氧剂雾相撞产生包履，收圆冷却的同时完成表面修饰。

(5)筛选、检验及包装：将包履抗氧化膜球粒放出后，进行球粒真圆度及粒径筛选，经检验合格产品进行包装，不合格品返回熔化处理。

本方法所使用的成型装置主要由金属熔化炉、液粒成型器、圆球成型器三部分组成。其特征在于第一部的金属熔化炉与第二部分的液粒成型器之间由放液管连接，放液管外有电热丝加热的保温层；第二部分的液粒成型器与第三部分的圆球成型器紧连形成密闭系统；放液管、液粒成型器、圆球成型器中心线对中。

所述金属熔化炉内设不锈钢熔化锅，锅内设有自动控温热电偶和放液调节阀，放液阀与放液管相连接。

所述液粒成型器设计为密闭的机电振荡结构，内部是带边框的SMT激光孔板容器。容器上部与放液管中心线对中，四周边设有可调控温的装置，底部为SMT激光孔板，上设有同一直径分布均匀的若干微孔；SMT激光孔板微孔排列为100×100～300×300个，孔径为0.05～0.50mm，误差土0.005mm。可调电机及电振器的一端安装在带有保温层的液粒成型器外壳内部，另一端连接带边框的SMT激光孔板容器。

所述的圆球成型器是与液粒器连接的高7～9m的垂直圆筒。中上端设有带可调电磁阀的抗氧剂雾化喷入管，控制氮气及抗氧剂雾化喷入量，下端侧边设有带可调电磁阀的真空抽气管，控制成型机内真空度及气流速，底部设有带控阀门的圆球颗粒收集桶。

本发明克服了以往技术的不足，具有以下优点：

(1)工艺及设备适应性强。通过调整不同的机电参数，满足制取0.10～1.0mm不同粒径的锡球(“裁切法”生产的最小直径为0.25mm)；圆球表面光亮、球形度好、含氧量低，产品真圆度好，一次成型率高。

(2)在制成圆球的同时完成抗氧化问题。采用喷雾的方法将有机或无机抗氧化剂喷涂在球体表面，使球粒表面形成一层薄的抗氧化膜，确保初级圆球在后序产品选圆及分级过程中保持新鲜面目，不因接触空气氧化变色。

(3)与裁切法相比，省去“锡线裁切、清洗、烘干、成型液成型、清洗、烘干、冷却、清洗”等工序，直接将所需合金熔化后即进行球体成型，产品成本比同类产品降低10％左右。

(4)生产装置简单，结构合理，操作方便，在相同生产规模下，比现行“裁切法”可减少投资50％。

附图说明

图1是本发明所用的成型机结构示意图。

参见图1，本发明所用的成型机主要由三大部分：一是金属熔化炉；二是液粒成型器；三是圆球成型器。金属熔化炉与液粒成型器之间由带保温层的放液管6连接。

金属熔化炉：不锈钢熔化锅2有控温热电偶1及放液调节阀3，不锈钢熔化锅2装在外有保温层及控温电热丝5的电热炉内，金属熔融液16通过放液阀4进入外有调温保温层7内的放液管6。

熔融液粒机电成型机：金属熔融液9在成型机外壳11内设有SMT激光模板12及带可控保温框17内，可控机械力及电磁力发生器10作用于可控保温框17及支架8。

收圆冷却及表面修饰：液粒冷却筒13接在成型机外壳11下端，液粒冷却筒13中上部设有氮气及抗氧剂雾化喷入管18，下端设有真空抽吸管15及产品集收桶14。

具体实施方式

本发明可制取不同成分、不同粒径的有色金属球形颗粒。具体只需根据要求配制合金，并调整机械及电磁振动频率、气氛、压力、温度及SMT孔径等相关参数，即可得到不同粒度的高真圆度的球形颗粒。

本发明通过以下实施例进一步说明。

实施例一

利用上述成型装置，采用原料为63％Sn、37％Pb的合金，按以下步骤制取焊锡球：

(1)合金熔化：将商品1#Sn及1#Pb锭按比例或是合格的63Sn37Pb合金锭加入电热熔化锅内加热熔化后，经充分搅拌均匀，待合金温达360℃±10℃，准备将合金液放入“液粒成型机”。

(2)机电整合液粒成型：开启“成型机”内各加热保温设施，同时向机内送入氮气并调整好气氛、压力、温度，其中氧气气氛100ppm，温度390℃±10℃；启动机电振荡装置，打开电热熔化锅内放液阀放合金液入SMT激光孔板容器内，在频率分别为100次/min、800次/min的机械力及电磁力的共同作用下，熔融液穿透孔径为Φ0.10mm±0.005mm SMT激光孔板呈液滴凸出。

(3)初级圆球成型、降落冷却：SMT激光孔板下凸出的液滴受来自向下-0.03MPa真空抽吸力脱落，液滴降落在7.5米高的冷却筒内收圆、冷却、成型。

(4)抗氧化处理：圆球在冷却筒内向下收圆、冷却、成型的同时接受来至冷却筒内中上部喷入的抗氧雾剂的包履，完成圆球表面抗氧化处理呈初级圆球落进收集桶。

(5)筛选、检验及包装：将初级圆球收集桶内初级圆球装入给料仓，待“高精度圆球分选机”及“高精度球径分选机”运转正常后进行初级圆球的“真圆度分选”及“球径分选”得到初级产品，经检验后，合格球Φ0.25mm±0.008mm装入瓶后充入惰性气体入库，不合格球返回合金熔化锅处理。

实施例二

按实施例一的方法和步骤制取96Sn3.5Ag0.5Cu的无铅焊锡球。其中合金熔炼保温温度380℃±10℃，SMT激光孔板容器内410℃±10℃，SMT激光孔板孔径Φ0.06mm±0.005mm；其他工艺参数与实施例一相同，所得焊球粒径为Φ0.15mm±0.005mm。

Claims (9)

1、一种IC封装焊锡球制备工艺，其特征在于按以下步骤进行：金属熔化，机电整合液粒成型，初级圆球成型，降落冷却及抗氧化处理，初级圆球筛选、检验及包装；所述机电整合液粒成型是在氮气保护下将熔融焊锡由带可控调节阀的熔融液输送管连续送入带边框的SMT激光孔板容器内，SMT激光孔板容器底部分布有直径相同的若干微孔，由机械力及电磁力产生的水平横向力及垂直纵向力使带边框的SMT激光孔板容器产生水平及垂直振动，使熔融焊锡穿过SMT激光孔板底部微孔凸出欲向下滴的同时加上来自向下的真空吸引力，使熔融焊锡液滴脱离SMT激光孔板底部降落。

2、根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述的机电整合液粒成型，初级圆球成型，降落冷却及抗氧化处理是一个连贯过程，熔融焊锡液滴脱离SMT激光孔板底部后，在一个高7～9米的垂直圆筒内收圆成型、降落冷却。

3、按权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：所述的熔融液输送、液粒成型、初级圆球成型、降落冷却及抗氧处理均在氮气保护及40～600ppm的低氧气氛中进行。

4、按权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：金属熔化、液粒成型温度应高于焊锡熔点温度100～200℃。

5、按权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：水平横向力是由调速电动机及机构产生的机械力，频率为50～300次/min，垂直纵向力是由电磁振荡器产生的电磁力，频率为300～1200次/min，真空吸引力由真空泵产生的-0.02～-0.06Mpa向下力。

6、按权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：SMT激光孔板微孔排列为100×100～300×300个，孔径为0.05～0.50mm孔。

7、一种制备IC封装焊锡球所使用的成型装置，主要由金属熔化炉、液粒成型器、圆球成型器三部分组成；其特征在于第一部的金属熔化炉内的不锈钢熔化锅内设有自动控温热电偶和放液调节阀，放液阀与放液管相连接；放液管外有电热丝加热的保温层，放液阀出口与第二部分的液粒成型器连接；第二部分的液粒成型器与第三部分的圆球成型器紧连形成密闭系统；放液管、液粒成型器、圆球成型器中心线对中。

8、根据权利要求7所述的成型装置，其特征在于所述液粒成型器设计为密闭的机电振荡结构，内部是带边框的SMT激光孔板容器，其SMT激光孔板须经精细加工而成，其微孔误差为±0.005mm。

9、根据权利要求7所述的成型装置，其特征在于所述的圆球成型器中上端设有带可调电磁阀的氮气及抗氧剂雾化喷入管，控制氮气加入及抗氧剂雾化喷入量，下端侧边设有带可调电磁阀的真空抽气管，控制成型机内真空度及气流速。