一種BGA封裝金屬微焊球的制備裝置及方法與流程
一種bga封裝金屬微焊球的制備裝置及方法
技術領域
1.本發明屬于電子封裝金屬微焊球制備技術領域，具體地涉及一種bga封裝金屬微焊球的制備裝置及方法。
背景技術：
2.在電子工業領域，隨著每年全球對電子產品需求的逐年增加，對標徑bga(球柵陣列)封裝金屬焊球的需求也在逐年增加。因此研發生產出一臺高生產效率，低生產成本，成球球徑可控的制球設備成為各機構的研究焦點。傳統制球設備主要有氣霧化設備、離心霧化設備、切絲重熔設備、模具合成設備等制球設備。隨著bga封裝技術的不斷發展，由于傳統制球生產設備生效率低、生產成本高、成球質量低等因素最終將被淘汰，很難在電子技術封裝領域更好的發展。
3.例如，本公司在2015年申請的發明專利201510854771.1公開了一種標徑bga封裝金屬焊球的制備裝置，采用印刷的方法制備，對印刷模具及原材料進行加熱使原材料成為熔融狀態，用刮刀將熔融狀態的原材料刮入?？變?，然后對印刷模具及原材料進行冷卻使?？變鹊娜廴跔顟B的原材料在表面張力作用下收縮成球并硬化。該裝置主要通過印刷的方法制備，工藝步驟較多，生產效率并不是特別的高，因此有必要進行原理性的突破和改進，以進一步提高生產效率和生產成本。
4.公告號為cn 210429739 u的中國專利公開了一種金屬焊球的制備裝置，包括噴霧腔體、液滴發生單元、充電單元、監測單元、溫度控制單元、壓力控制單元與收集單元；所述液滴發生單元包括但不限于熔融液容器、設置于熔融液容器底部的至少一個射流口以及使熔融液振動的振動模塊；液滴發生單元通過所述射流口與噴霧腔體連通；所述充電單元用于為熔融液充電；所述監測單元設置于噴霧腔體的外部，用于實時監測噴霧腔體內液滴成型情況；所述溫度控制單元用于控制熔融液容器的溫度；所述壓力控制單元分別獨立地控制噴霧腔體與熔融液容器的壓力；所述收集單元設置于噴霧腔體的底部，用于收集金屬焊球。該裝置主要通過振動分散、壓力差以及充電的方式使液滴均勻分散，達到焊球的粒徑更小、更均一。但是上述的控制方式比較多樣，且控制比較復雜。
技術實現要素：
5.針對上述存在的技術問題，本發明目的是：提供一種bga封裝金屬微焊球的制備裝置及方法，在內徑一致的多個噴射頭中通過頻率一致的脈沖氣流，使得金屬液滴定時、定量、定向噴出，采用外加電場控制帶電金屬液滴的運動方向和運動軌跡制備bga封裝金屬微焊球，該金屬微焊球具有真圓度高、球徑均勻性好、球表面質量好等優點。
6.本發明的技術方案是：一種bga封裝金屬微焊球的制備裝置，包括金屬焊料承載腔，所述金屬焊料承載腔的頂部設置有加熱器，所述金屬焊料承載腔的底部設置有呈陣列排布的多個噴射頭，所述金屬焊料承載腔的上部連接脈沖氣動裝置，所述脈沖氣動裝置用于發出脈沖氣流，所述金
屬焊料承載腔的液相金屬焊料熔融體通過第一電源加電，使得液相金屬焊料熔融體帶電，所述金屬焊料承載腔的外圍設置有電場裝置，所述電場裝置用于產生一定方向的均勻電場，所述噴射頭下方設置有冷卻裝置，所述冷卻裝置下方設置有收集裝置。
7.優選的技術方案中，所述金屬焊料承載腔和噴射頭的內壁涂覆有超疏水納米涂層。
8.優選的技術方案中，所述脈沖氣動裝置用于發送一定頻率、一定氣壓的脈沖氣流，所述脈沖氣動裝置與金屬焊料承載腔之間設置有電磁閥。
9.優選的技術方案中，所述第一電源的正電極連接液相金屬焊料熔融體，所述第一電源的負電極接地，所述液相金屬熔融體與金屬焊料承載腔形成電容器結構，使得液相金屬焊料熔融體釋放電子，帶正電荷。
10.優選的技術方案中，所述電場裝置包括設置于金屬焊料承載腔外圍的纏繞線圈，所述纏繞線圈連接第二電源，所述電場裝置產生的電場的方向與噴射頭噴出的金屬液滴的重力方向平行。
11.優選的技術方案中，所述噴射頭呈漏斗狀，其上部為圓形錐狀結構，下部為內徑為0.1～1mm的圓形管柱。
12.優選的技術方案中，所述冷卻裝置為多孔冷卻網篩，所述多孔冷卻網篩包括篩子本體，所述篩子本體為中空的立體結構，所述篩子本體的表面設置有陣列排布的通孔，所述通孔具有一定長度，所述通孔與篩子本體內部不連通，所述篩子本體的側面設置有進水口和出水口，所述篩子本體內設置有冷卻液。
13.優選的技術方案中，所述多孔冷卻篩網的每一個通孔都與上部的每一個噴射頭一一對應。
14.本發明還公開了一種bga封裝金屬微焊球的制備方法，包括以下步驟：s01：通過加熱器對金屬焊料進行加熱得到液相金屬焊料熔融體；s02：通過第一電源對金屬焊料承載腔的液相金屬焊料熔融體加電，使得液相金屬焊料熔融體帶電；s03：通過脈沖氣動裝置發送一定頻率和氣壓的脈沖氣流使得液相金屬焊料熔融體從噴射頭噴射出一定量的帶電的金屬液滴；s04：控制電場裝置產生一定方向的均勻電場，使得帶電的金屬液滴在均勻電場的作用下呈勻速定向運動，金屬液滴在電場和自身表面張力的作用下形成液相bga微焊球；s05：液相bga微焊球在電場力的作用下定向運動至冷卻裝置內，形成固態bga微焊球，直至運動至收集裝置內。
15.優選的技術方案中，通過控制均勻電場的電場強度，控制金屬液滴的運動速度，從而控制微焊球的真圓度。
16.與現有技術相比，本發明的優點是：1、在內徑一致的多個噴射頭中通過頻率一致的脈沖氣流，使得金屬液滴定時、定量、定向噴出，采用外加電場控制帶電金屬液滴的運動方向和運動軌跡，制備的bga封裝金屬微焊球具有真圓度高、球徑均勻性好、球表面質量好等優點。
17.2、通過本發明所設計的設備由于采用多孔脈沖方式制備，生產效率高、生產成本低，可廣泛應用于bga植球，flip chip等電子封裝技術領域。
附圖說明
18.下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：圖1為本發明較佳實施例的bga封裝金屬微焊球的制備裝置的結構示意圖；圖2為本發明較佳實施例的加熱器結構示意圖；圖3為本發明較佳實施例的多孔冷卻篩網結構示意圖；圖4為本發明bga封裝金屬微焊球的制備方法流程圖。
具體實施方式
19.為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
20.實施例：如圖1所示，一種bga封裝金屬微焊球的制備裝置，包括金屬焊料承載腔4，金屬焊料承載腔4的頂部設置有加熱器1，金屬焊料承載腔4的底部設置有呈陣列排布的多個噴射頭8，金屬焊料承載腔4的上部連接脈沖氣動裝置11，脈沖氣動裝置11用于發出脈沖氣流9，金屬焊料承載腔4的液相金屬焊料熔融體2通過第一電源23加電，使得液相金屬焊料熔融體2帶電，金屬焊料承載腔4的外圍設置有電場裝置，電場裝置用于產生一定方向的均勻電場，噴射頭8下方設置有冷卻裝置，冷卻裝置下方設置有收集裝置20。
21.金屬焊料承載腔4可以由不銹鋼材料制成，當然也可以為其他材料制成，在此不做限定，金屬焊料承載腔4設置有加料口3和觀察窗7，加料口3用于添加金屬焊料，觀察窗7用于觀察金屬焊料承載腔4內部熔融狀況，加料口3和觀察窗7全部由法蘭密封。
22.金屬焊料為in，sn，sn-sp，sn-ag，sn-cu，bi-sb等低熔點電子封裝焊料的一種。
23.一較佳的實施例中，如圖2所示，加熱器1可以為mocvd 加熱器，內部設置有蚊香狀盤繞加熱絲5，加熱絲兩端電極連接加熱控制器6，加熱器1通過加熱控制器6控制，能夠自由調節功率大小，穩定加熱溫度。加熱器1同樣也可以使用射頻加熱，在此不做限定。
24.一較佳的實施例中，金屬焊料承載腔4的內壁涂覆有超疏水納米涂層22。超疏水納米涂層22主要材質為二氧化硅薄膜，厚度為0.5～2um，表面鏡面光滑，表面粗糙度≤10nm，且具有一定的絕緣性。
25.一較佳的實施例中，脈沖氣動裝置11用于發送一定頻率、一定氣壓的脈沖氣流9，脈沖氣動裝置11與金屬焊料承載腔4之間設置有電磁閥21。具體的，脈沖氣流的脈沖頻率在1～3次/秒，脈沖氣流的氣壓在0.1～1mpa。通過電磁閥21的定時開合，給金屬焊料承載腔4內提供一定頻率的脈沖氣流9。
26.脈沖氣流9的介質可以為氮氣、氬氣等惰性氣體中的一種或多種混合，具有一定的保護作用，可以防止熔融的金屬焊料氧化。
27.一較佳的實施例中，噴射頭可以由不銹鋼材料制成，當然也可以為其他材料制成，在此不做限定，噴射頭8呈漏斗狀，其上部為圓形錐狀結構，下部為內徑為0.1～1mm的圓形管柱。不銹鋼圓形管柱長度在3～10mm。
28.噴射頭8下部的不銹鋼圓形管柱內徑根據所要制備的bga微焊球直徑所決定，制備
不同直徑的bga微焊球選用的噴射頭下部不銹鋼圓形管柱內徑不同。
29.具體的，陣列排布的多個噴射頭之間通過不銹鋼焊接互相并排挨著并形成一個大的圓盤狀，圓盤狀的尺寸直徑與金屬焊料承載腔4的直徑相當，多個噴射頭8與金屬焊料承載腔4之間也是通過不銹鋼材料焊接在一起的，具體的，噴射頭8的內壁涂覆有超疏水納米涂層22。超疏水納米涂層22主要材質為二氧化硅薄膜，厚度為0.5～2um，表面鏡面光滑，表面粗糙度≤10nm，且具有一定的絕緣性。
30.一較佳的實施例中，第一電源23的正電極連接液相金屬焊料熔融體2，例如可以通過探針接觸（圖中未示出），第一電源23的負電極接地，由于液相金屬熔融體2與不銹鋼材質的金屬焊料承載腔4之間有一層超疏水納米涂層22，這樣就形成了一個電容器結構，與第一電源23負電極連接的大地將吸收電源產生的電子，與第一電源23正電極連接的液相金屬焊料熔融體2將向第一電源23釋放電子，從而使得釋放電子后的液相金屬焊料熔融體2帶正電荷，進而導致從噴射頭8中噴出的金屬液滴10帶正電荷。
31.一較佳的實施例中，電場裝置包括設置于金屬焊料承載腔4外圍的纏繞線圈12，纏繞線圈12連接第二電源24，電場裝置產生的電場13的方向與噴射頭8噴出的金屬液滴10的重力方向平行。帶正電荷的金屬液滴10在均勻電場的作用下呈定向運動，金屬液滴10在電場的作用下下落，由于金屬液滴10在下落的過程中存在表面張力，在落體過程中會收縮成液相bga微焊球14。
32.較佳的，液相bga微焊球14本身帶正電荷，帶正電荷的液相bga微焊球相當于一個帶點粒子，在自身重力和一定的脈沖動能的作用下平行于勻強電場的方向射入勻強電場，帶正電荷的液相bga微焊球14在勻強電場的作用下做勻速直線運動，在勻強電場的作用下勻速直線運動能夠提高bga微焊球的真圓度。
33.一較佳的實施例中，冷卻裝置為多孔冷卻網篩15，如圖3所示，多孔冷卻網篩15包括篩子本體150，可以由不銹鋼材料制成，篩子本體150為中空的立體結構，篩子本體150的表面設置有陣列排布的通孔16，通孔具有一定長度，通孔16與篩子本體150內部不連通，篩子本體150的側面設置有進水口151和出水口152，篩子本體150內設置有冷卻液，例如可以為水17等。
34.較佳的，篩子本體150可以為圓柱體，多孔冷卻網篩的通孔直徑在0.2～1.3mm，通孔直徑的選擇由所要制備的bga金屬微焊球直徑所決定，通常比所要制備的bga金屬微焊球的直徑大0.1～0.2mm，便于bga微焊球的順利通過。
35.多孔冷卻網篩的高度在3～10mm，這個高度也是液相金屬bga微焊球充分冷卻的運動路徑，可以保證液相bga微焊球14充分冷卻，得到固態bga微焊球18。
36.較佳的，為了便于維護，多孔冷卻網篩15可以可拆卸安裝于金屬焊料承載腔體的下方。
37.一較佳的實施例中，多孔冷卻篩網的每一個通孔16都與上部的每一個噴射頭8一一對應。bga微焊球在自身重力和電場力的作用下沿垂直方向定向運動至多孔冷卻篩網內的通孔16內。
38.制備得到的固態bga微焊球18通過出料口19流入收集裝置20內，出料口19為漏斗狀，在出料口19底部設置有收集裝置20，收集裝置20為金屬材質并接地，使得帶電的固態bga微焊球18不帶電。
39.另一實施例中，如圖4所示，本發明還公開了一種bga封裝金屬微焊球的制備方法，包括以下步驟：s01：通過加熱器對金屬焊料進行加熱得到液相金屬焊料熔融體；s02：通過第一電源對金屬焊料承載腔的液相金屬焊料熔融體加電，使得液相金屬焊料熔融體帶電；s03：通過脈沖氣動裝置發送一定頻率和氣壓的脈沖氣流使得液相金屬焊料熔融體從噴射頭噴射出一定量的帶電的金屬液滴；s04：控制電場裝置產生一定方向的均勻電場，使得帶電的金屬液滴在均勻電場的作用下呈勻速定向運動，金屬液滴在電場和自身表面張力的作用下形成液相bga微焊球；s05：液相bga微焊球在電場力的作用下定向運動至冷卻裝置內，形成固態bga微焊球，直至運動至收集裝置內。
40.具體的，在腔體的外部纏繞線圈并通過第二電源加以通電，為腔體內部提供均勻電場，線圈的纏繞方式決定腔體內電場的方向，電場的方向與金屬液滴的重力方向一致，為至上而下方向，帶正電荷的金屬液體在均勻電場的作用下呈定向運動，金屬液滴在電場和自身表面張力的作用下形成液相bga微焊球，由于金屬液滴在自由落體過程中存在表面張力，在落體過程中會收縮成液相bga微焊球。
41.一較佳的實施例中，通過控制均勻電場的電場強度，控制金屬液滴的運動速度，從而控制微焊球的真圓度。
42.帶正電荷的液相bga微焊球相當于一個帶點粒子，在自身重力和一定的脈沖動能的作用下平行于勻強電場的方向射入勻強電場，帶正電荷的液相bga微焊球在勻強電場的作用下做勻速直線運動，在勻強電場的作用下勻速直線運動能夠提高bga微焊球的真圓度，在張力作用下會成型更圓。
43.bga微焊球在自身重力和電場力的作用下定向運動至多孔冷卻篩網內，多孔冷卻篩網的通孔為具有一定路徑的直線通孔，路徑能夠充分保證液相bga微焊球冷凝形成固體bga微焊球，路徑的長度與多孔冷卻篩網的厚度一致，直線通孔便于固體bga微焊球的暢通流出，多孔冷卻篩網各個小孔周圍充滿循環冷卻水，液相bga微焊球在經過多孔冷卻篩網的每一個小孔時冷凝形成固態bga微焊球，最后通過底部漏斗狀出料口留出收集在收集箱內。
44.本發明采用脈沖氣流多孔定量噴射法制備，生產效率高、生產成本低，并且脈沖氣流頻率可控，噴射頭可根據所制備的bga金屬微焊球的直徑大小訂制，并且可以自由更換，球直徑可控且一致性好。用該設備制備的bga封裝金屬微焊球采用外加電場控制帶電金屬液滴的運動方向和運動軌跡，在內徑一致的多個噴射頭中通過頻率一致的脈沖氣流，使得金屬液滴定時、定量、定向噴出，具有真圓度高、球徑均勻性好、球表面質量好等優點，可廣泛應用于bga植球，flip chip等電子封裝技術領域。
45.應當理解的是，本發明的上述具體實施方式僅僅用于示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。
技術特征：
1.一種bga封裝金屬微焊球的制備裝置，包括金屬焊料承載腔，其特征在于，所述金屬焊料承載腔的頂部設置有加熱器，所述金屬焊料承載腔的底部設置有呈陣列排布的多個噴射頭，所述金屬焊料承載腔的上部連接脈沖氣動裝置，所述脈沖氣動裝置用于發出脈沖氣流，所述金屬焊料承載腔的液相金屬焊料熔融體通過第一電源加電，使得液相金屬焊料熔融體帶電，所述金屬焊料承載腔的外圍設置有電場裝置，所述電場裝置用于產生一定方向的均勻電場，所述噴射頭下方設置有冷卻裝置，所述冷卻裝置下方設置有收集裝置。2.根據權利要求1所述的bga封裝金屬微焊球的制備裝置，其特征在于，所述金屬焊料承載腔和噴射頭的內壁涂覆有超疏水納米涂層。3.根據權利要求1所述的bga封裝金屬微焊球的制備裝置，其特征在于，所述脈沖氣動裝置用于發送一定頻率、一定氣壓的脈沖氣流，所述脈沖氣動裝置與金屬焊料承載腔之間設置有電磁閥。4.根據權利要求2所述的bga封裝金屬微焊球的制備裝置，其特征在于，所述第一電源的正電極連接液相金屬焊料熔融體，所述第一電源的負電極接地，所述液相金屬熔融體與金屬焊料承載腔形成電容器結構，使得液相金屬焊料熔融體釋放電子，帶正電荷。5.根據權利要求1所述的bga封裝金屬微焊球的制備裝置，其特征在于，所述電場裝置包括設置于金屬焊料承載腔外圍的纏繞線圈，所述纏繞線圈連接第二電源，所述電場裝置產生的電場的方向與噴射頭噴出的金屬液滴的重力方向平行。6.根據權利要求1所述的bga封裝金屬微焊球的制備裝置，其特征在于，所述噴射頭呈漏斗狀，其上部為圓形錐狀結構，下部為內徑為0.1～1mm的圓形管柱。7.根據權利要求1所述的bga封裝金屬微焊球的制備裝置，其特征在于，所述冷卻裝置為多孔冷卻網篩，所述多孔冷卻網篩包括篩子本體，所述篩子本體為中空的立體結構，所述篩子本體的表面設置有陣列排布的通孔，所述通孔具有一定長度，所述通孔與篩子本體內部不連通，所述篩子本體的側面設置有進水口和出水口，所述篩子本體內設置有冷卻液。8.根據權利要求7所述的bga封裝金屬微焊球的制備裝置，其特征在于，所述多孔冷卻篩網的每一個通孔都與上部的每一個噴射頭一一對應。9.一種bga封裝金屬微焊球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：s01：通過加熱器對金屬焊料進行加熱得到液相金屬焊料熔融體；s02：通過第一電源對金屬焊料承載腔的液相金屬焊料熔融體加電，使得液相金屬焊料熔融體帶電；s03：通過脈沖氣動裝置發送一定頻率和氣壓的脈沖氣流使得液相金屬焊料熔融體從噴射頭噴射出一定量的帶電的金屬液滴；s04：控制電場裝置產生一定方向的均勻電場，使得帶電的金屬液滴在均勻電場的作用下呈勻速定向運動，金屬液滴在電場和自身表面張力的作用下形成液相bga微焊球；s05：液相bga微焊球在電場力的作用下定向運動至冷卻裝置內，形成固態bga微焊球，直至運動至收集裝置內。10.根據權利要求9所述的bga封裝金屬微焊球的制備方法，其特征在于，通過控制均勻電場的電場強度，來控制金屬液滴的運動速度，從而控制微焊球的真圓度。
技術總結
本發明公開了一種BGA封裝金屬微焊球的制備裝置，包括金屬焊料承載腔，所述金屬焊料承載腔的頂部設置有加熱器，所述金屬焊料承載腔的底部設置有呈陣列排布的多個噴射頭，所述金屬焊料承載腔的上部連接脈沖氣動裝置，所述脈沖氣動裝置用于發出脈沖氣流，所述金屬焊料承載腔的液相金屬焊料熔融體通過第一電源加電，使得液相金屬焊料熔融體帶電，所述金屬焊料承載腔的外圍設置有電場裝置，所述電場裝置用于產生一定方向的均勻電場，所述噴射頭下方設置有冷卻裝置，所述冷卻裝置下方設置有收集裝置。采用外加電場控制帶電金屬液滴的運動方向和運動軌跡得到BGA封裝金屬微焊球，該封裝金屬微焊球具有真圓度高、球徑均勻性好、球表面質量好等優點。質量好等優點。質量好等優點。
