本發明涉及一種增強型焊柱制備裝置及制備方法，屬于陶瓷電子元器件封裝領域。

背景技術：

現代集成電路技術飛速發展，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變，同時促使新的封裝技術也隨之不斷出現和發展。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、耐濕性能好和可靠性高等優點，陶瓷柱柵陣列封裝是陶瓷球柵陣列封裝的發展和改進，用柱柵取代球柵，大大環節了氧化鋁陶瓷外殼與環氧樹脂印制電路板之間由于熱膨脹系不匹配帶來的熱疲勞問題，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、航空和航天電子產品制造領域占有重要的地位。但焊柱的制備一直成為制約我國陶瓷柱柵陣列封裝的關鍵因素，陶瓷柱柵陣列封裝所用焊柱主要有90Pb10Sn常規焊柱和增強型焊柱兩種，增強型焊柱由于其焊柱本身的材料屬性，相比于常規焊柱其具有更高的封裝可靠性及產品的可使用性。從制備角度來講，增強型焊柱與90Pb10Sn常規焊柱相比，增強型焊柱為復合性結構，通過焊錫柱表面銅帶的纏繞和63Sn37Pb浸潤，增強焊柱本身的強度，其結構更復雜，制備難度更高。

目前，國外僅有一家公司(美國的6-Sigma公司)具備增強型焊柱制備生產能力，其生產的增強型焊柱已被廣泛應用于高可靠集成電路陶瓷封裝工藝過程中，美國的TOPLINE公司正在研發增強型焊柱的制備技術，但尚不成熟。國內尚不具備增強型焊柱制備的技術能力，僅可自主制備90Pb10Sn常規焊柱。

技術實現要素：

本發明技術解決的問題是：克服現有技術的不足，提供一種增強型焊柱制備裝置及制備方法。

本發明的技術解決方案是：一種增強型焊柱制備裝置，包括焊絲供給機構、銅帶纏繞機構、銅帶浸焊機構和焊絲整平切斷機構；

所述焊絲供給機構用于向銅帶纏繞機構傳送平直的焊絲；銅帶纏繞機構在傳送過來的焊絲表面以一定角度螺旋纏繞銅帶；銅帶浸焊機構在纏繞銅帶的焊絲表面浸潤一層焊錫，使銅帶和焊絲緊密焊接在一起，得到增強型焊絲，并傳送給焊絲切斷機構；焊絲整平切斷機構首先將增強型焊絲整平，然后按照要求的長度對焊絲進行切斷，得到多根增強型焊柱。

所述焊絲供給機構包括焊絲傳送結構和第一焊絲整平結構；

焊絲傳送結構包括一個旋轉螺桿和一個用于固定旋轉螺桿的支架，旋轉螺桿上放置成卷的焊絲；

第一焊絲整平結構包括多組滾輪，多組滾輪對稱地位于焊絲上下兩側，與焊絲緊密貼合夾緊，可從上下表面將焊絲進行預整平，并將焊絲向外傳送。

所述銅帶纏繞機構包括限位孔及套管、銅帶傳送結構和螺旋纏繞結構；

套管位于限位孔中，套管和限位孔配合用于將焊絲供給機構傳送過來的焊絲進行精密整平；

螺旋纏繞結構在電機的帶動下能夠沿焊絲進行360°旋轉，銅帶傳送結構固定在螺旋纏繞結構上，銅帶傳送結構包含一對滾輪，該滾輪用于夾緊銅帶，并將銅帶傳送給焊絲，在螺旋纏繞結構的旋轉下將銅帶纏繞在焊絲上。

所述銅帶浸焊機構包括助焊劑浸潤結構和焊料浸潤結構；

助焊劑浸潤結構包括第一凹槽、第一滾輪組和加熱臺，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，焊絲能夠穿過通孔進入第一滾輪組中，所述第一滾輪組保證焊絲能夠完全浸潤在助焊劑中，加熱臺用于將第一凹槽中助焊劑加熱，保證助焊劑能夠流動且具有粘附性；

焊料浸潤結構包括第二凹槽、第二滾輪組、加熱器和溫控系統，所述第二凹槽用于放置焊料，且在焊料上方的第二凹槽側壁上加工有通孔；第二滾輪組位于第二凹槽中，焊絲能夠穿過通孔進入第二滾輪組中，所述第二滾輪組保證焊絲能夠完全浸潤在焊料中；加熱器使第二凹槽內的焊料全部熔化，溫控系統使第二凹槽內溫度保持在適當溫度范圍內。

所述焊絲整平切斷機構包括第二焊絲整平結構和焊絲切斷結構；

第二焊絲整平結構包括多組滾輪，多組滾輪對稱地位于增強型焊絲上下兩側，與增強型焊絲緊密貼合夾緊，用于從上下表面將增強型焊絲進行預整平，并向外傳送；

焊絲切斷結構包括刀片組和氣動馬達，所述刀片組包括兩個刀片，兩個刀片的間距與要切斷的長度相同，兩個刀片的切斷方向與焊絲傳送方向垂直；氣動馬達與外部壓縮空氣連通，氣動馬達在壓縮空氣的作用下向外推動刀片組，實現對焊絲切斷。

利用所述制備裝置制備增強型焊柱的方法，包括如下步驟：

(1)將焊柱制備裝置接通電源和氣源，測試其電、氣均連接正常；

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

(3)在助焊劑浸潤結構上設定加熱臺的加熱溫度為80℃～150℃，焊料浸潤結構上設定加熱器加熱溫度為230℃～250℃，等待實際溫度達到設定溫度后穩定10min；

(4)控制焊絲供給機構和焊絲整平切斷機構的滾輪、銅帶纏繞機構中的電機開始運行，使增強型焊柱制備裝置開始工作，進行增強型焊柱的制備；

(5)將制備好的增強型焊柱進行篩選和清洗；

(6)制備完成后關閉電源和氣源。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、本發明裝置操作簡便，自動化程度高，可實現增強型焊柱的批量制備。

2、焊絲供給機構通過焊絲整平可將高卷曲度的焊絲平直化，使焊絲表面零損傷，利于后續銅帶纏繞及浸焊過程。

3、銅帶纏繞機構可將銅帶以一定角度螺旋纏繞在焊絲表面，纏繞過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，有效保障后續銅帶浸焊的質量。

4、銅帶浸焊機構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，通過控制溫度，可使焊絲內空洞率小于1％，浸焊焊料厚度精度優于±20μm；

5、焊絲切斷機構通過氣動馬達推動刀片對增強型焊絲進行切斷，可將增強型焊絲自動切斷成多根固定長度的焊柱，長度一致性優于±20μm，焊柱端頭圓度和平整形良好。

附圖說明

圖1為增強型焊柱制備裝置示意圖；

圖2為焊絲供給機構示意圖；

圖3為銅帶纏繞機構示意圖；

圖4為銅帶浸焊機構示意圖；

圖5為焊絲整平切斷機構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述：

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

焊絲供給機構1用于向銅帶纏繞機構2傳送平直的焊絲，如圖2所示，包括焊絲傳送結構11和第一焊絲整平結構12，焊絲傳送結構11包括一個旋轉螺桿和一個用于固定旋轉螺桿的支架，旋轉螺桿上放置成卷的焊絲，將焊絲供給機構1調整到合適的高度，確保焊絲在整個裝置中處于水平運動。第一焊絲整平結構12包括多組滾輪，多組滾輪對稱地位于焊絲上下兩側如三組滾輪，焊絲上下各三個滾輪，與焊絲緊密貼合夾緊，可從上下表面將焊絲進行預整平，并將焊絲向外傳送。

銅帶纏繞機構2在傳送過來的焊絲表面以一定角度螺旋纏繞銅帶。如圖3所示，銅帶纏繞機構2包括限位孔21及套管22、銅帶傳送結構23和螺旋纏繞結構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構1傳送過來的焊絲進行精密整平。套管采用柔性材料制成，放置對焊絲造成損傷，套管的外徑尺寸與限位孔的內徑尺寸一致，套管厚度為0.55mm左右。

螺旋纏繞結構24在電機的帶動下能夠沿焊絲進行360°旋轉，銅帶傳送結構23固定在螺旋纏繞結構24上，銅帶傳送結構23包含一對滾輪，該滾輪用于夾緊銅帶，并以一定速度將銅帶傳送給焊絲，在螺旋纏繞結構24的旋轉下將銅帶纏繞在焊絲上。可通過調整銅帶傳送結構23與螺旋纏繞結構24之間的角度，調節銅帶纏繞時的傾斜角度和銅帶纏繞的間距。本發明通過各機構的精密配合，使銅帶緊密貼合在焊絲表面，銅帶和焊絲間無50μm以上的間隙，保障后續銅帶浸焊效果。

銅帶浸焊機構3在纏繞銅帶的焊絲表面浸潤一層焊錫，使銅帶和焊絲緊密焊接在一起，得到增強型焊絲，并傳送給焊絲切斷機構4。如圖4所示，銅帶浸焊機構3包括助焊劑浸潤結構31和焊料浸潤結構32。

助焊劑浸潤結構31主要通過滾輪使表面纏繞銅帶的焊絲勻速平穩通過助焊劑槽，使其表面涂敷上均勻的一層助焊劑。助焊劑浸潤結構31包括第一凹槽311、第一滾輪組312和加熱臺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，焊絲能夠穿過通孔進入第一滾輪組312中，所述第一滾輪組312保證焊絲能夠完全浸潤在助焊劑中，加熱臺用于將第一凹槽311中助焊劑加熱到適當溫度，使助焊劑具有一定的流動性和粘附性。

焊料浸潤結構32對涂敷好助焊劑的焊絲進行焊接。焊料浸潤結構32包括第二凹槽321、第二滾輪組322、加熱器323和溫控系統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，焊絲能夠穿過通孔進入第二滾輪組322中，所述第二滾輪組322保證焊絲能夠完全浸潤在焊料中；加熱器323使第二凹槽321內的焊料全部熔化，溫控系統324使第二凹槽321內溫度保持在適當溫度范圍內保持在230℃～250℃之間，該溫度能夠保證焊料熔化，同時保證焊接質量。

焊絲整平切斷機構4首先將增強型焊絲整平，然后按照要求的長度對焊絲進行切斷，得到多根增強型焊柱。如圖5所示，焊絲整平切斷機構4包括第二焊絲整平結構41和焊絲切斷結構42，第二焊絲整平結構41包括多組滾輪，多組滾輪對稱地位于增強型焊絲上下兩側，與增強型焊絲緊密貼合夾緊，用于從上下表面將增強型焊絲進行預整平，并向外傳送。焊絲切斷結構42包括刀片組和氣動馬達，刀片組包括兩個刀片，兩個刀片的間距與要切斷的長度相同，兩個刀片的切斷方向與焊絲傳送方向垂直；氣動馬達與外部壓縮空氣連通，氣動馬達在壓縮空氣的作用下向外推動刀片組，實現對焊絲切斷，形成一段一段的焊柱。

為了進一步提高本套裝置的自動化程度，可以將本發明裝置中涉及的滾輪組與控制器連接，通過控制器控制滾輪組工作。

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

具體實施步驟如下：

(1)將焊柱制備裝置接通電源和氣源，測試其電、氣均連接正常；

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

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

(4)在助焊劑浸潤結構31的加熱臺上設定加熱溫度為80℃～150℃，在焊料浸潤結構的加熱器上設定加熱溫度為230℃～250℃，等待實際溫度達到設定溫度后穩定10min；

(5)控制焊絲供給機構1和焊絲整平切斷機構4的滾輪、銅帶纏繞機構2中的電機開始運行，使增強型焊柱制備裝置開始工作，進行增強型焊柱的制備；

(6)將制備好的增強型焊柱進行篩選和清洗；

(7)關閉電源和氣源。

本發明的目的在于改變目前國內無法自主制備增強型焊柱的情況，提供一種通過焊絲整平、銅帶纏繞、浸錫和切斷的方式制備增強型焊柱的裝置及方法，該裝置及方法操作簡便，且通過刀片自動切斷焊絲，能保證制備的焊柱具有良好的表面狀態和端面平整性。

本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員的公知技術。