一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置

摘要

一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置，它涉及一种植柱工艺装置，具体涉及一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置。本发明为了解决现有植柱装置及其采用的植柱方法焊柱易被刮伤、焊柱难以实现高精度对中及定位、不同规格器件需定制不同模具增加制作周期和成本的问题。本发明包括钻夹头平动运动机构、钻夹头转动运动组件、载物台组件和送料组件，所述钻夹头转动运动组件安装在所述钻夹头平动运动机构上，所述钻夹头转动运动组件设置在所述载物台组件的上方，所述送料组件设置在所述钻夹头转动运动组件的一侧。本发明属于电子产品领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种植柱工艺装置，具体涉及一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置，属于电子产品领域。

背景技术

陶瓷柱栅阵列互连是指在芯片载体基板上设置阵列排布的焊柱互连、以实现芯片上集成电路与外界部件之间的机械连接和电气连接。该互连形式的特点是互连密度大、可靠性高。在最初开发的陶瓷柱栅阵列互连器件中，阵列排布的焊柱的材质为高铅钎料，该钎料柱两端分别借助于软钎料钎焊连接到芯片载体基板和印刷电路板上阵列排布的焊盘上。近年人们开始尝试将阵列排布的焊柱的材质调整为力学性能和导电性更好的纯铜焊柱，称其为陶瓷铜柱栅阵列互连。钎料柱或铜柱的植柱工艺是陶瓷柱栅阵列互连器件的关键制造工艺，植柱的质量直接决定器件寿命。

目前现有植柱装置及其植柱原理，多是采用特定位置设置有阵列排布的、具有一定深度的孔的模具及其上的固定压板来进行焊接前及焊接过程中焊柱的对中、相对位置的固定和植柱；焊前焊柱逐个放入模具孔中，调整压板固定焊柱与模具相对位置后，通过传送带输送进入回流焊机中加热并实现焊柱一端与基板上焊盘的连接，冷却后拆卸压板及定位模具，完成焊柱的定位及植柱过程。

该类植柱操作，焊前焊柱放入模具和焊后模具拆卸时均容易刮伤、刮弯焊柱；同时，放入焊柱、拆卸模具需要焊柱与模具孔之间留有一定的间隙，该间隙的存在使得直径很细的焊柱的垂直度和对中及定位精度均难以达到较高标准。同时，由于不同规格器件焊柱的数量、间距、直径等参数不同，因此该植柱方法每种规格的器件必须定制一套模具，这也使制作成本大大增加，不适于多品种、多批次生产。另外焊接过程中焊点周围模具的包围、隔挡直接影响热源热量有效传递到焊接部位，增加焊接难度的同时，也易埋下润湿不良等焊接缺陷隐患。

发明内容

本发明为解决现有植柱装置及其采用的植柱方法焊柱易被刮伤、焊柱难以实现高精度对中及定位、不同规格器件需定制不同模具增加制作周期和成本的问题，进而提出一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括钻夹头平动运动机构、钻夹头转动运动组件、载物台组件和送料组件，所述钻夹头转动运动组件安装在所述钻夹头平动运动机构上，所述钻夹头转动运动组件设置在所述载物台组件的上方，所述送料组件设置在所述钻夹头转动运动组件的一侧。

通过所述送料组件实现单个铜柱的自动分离、铜柱端头的钎剂涂覆和连续自动输送铜柱到指定位置的动作；通过钻夹头平动运动机构、钻夹头转动运动组件和载物台组件的有序运动实现指定位置的铜柱的装夹动作、钻夹头装夹的铜柱与载物台上基板焊盘的精确对中动作、和铜柱的旋转下压钻入焊盘上钎料中的植柱动作。

本发明的有益效果是：

1、本发明植柱装置的送料组件，除能够连续实现单个铜柱从料斗中的自动分离及送料的动作外，还可实现铜柱植柱端的钎剂自动涂覆，利于封装的高效率自动化流水线生产。

2、本发明能够通过钻夹头平动运动机构、钻夹头转动运动组件和搭载基板的载物台组件的动作，连续实现单个铜柱与焊盘的对中定位、以及随后在焊盘上方旋转下压钻入焊盘上钎料中的方式自动植柱。与目前现有植柱装置及其采用的植柱方法相比，本发明的植柱装置不仅可实现封装的自动化流水线生产，还可解决现有植柱工艺焊柱难以精确对中定位的问题，植柱位置度好，器件寿命提高。

3、本发明植柱装置的钻夹头夹持的铜柱的转速、植柱深度及进给速度等参数的自动控制，使得各个焊柱的植柱参数保持一致，阵列焊柱的共面性能够得到保证，与现有技术相比，更利于实现高的互连质量和互连效率。

4、本发明的自动植柱装置，植柱过程中不需要定制和使用专用模具，无不同规格器件需定制不同模具、制作周期和成本增加的问题，与现有技术相比，适于多品种、多批次生产。同时，也无因焊后模具拆卸而致焊柱容易刮伤的问题。

5、本发明尤其适用于陶瓷/塑料铜柱栅阵列互连器件铜柱的植柱。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是送料组件的俯视图；

图3是送料组件的侧视图；

图4是钻夹头平动运动机构及钻夹头转动运动组件结构示意图；

图5是载物台组件的结构示意图。

图6是钻夹头的结构示意图

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置包括钻夹头平动运动机构、钻夹头转动运动组件、载物台组件和送料组件，所述钻夹头转动运动组件安装在所述钻夹头平动运动机构上，所述钻夹头转动运动组件设置在所述载物台组件的上方，所述送料组件设置在所述钻夹头转动运动组件的一侧。通过所述送料组件实现单个铜柱的自动分离、铜柱端头的钎剂涂覆和连续自动输送铜柱到指定位置的动作；通过钻夹头平动运动机构、钻夹头转动运动组件和载物台组件的有序运动实现指定位置的铜柱的装夹动作、钻夹头装夹的铜柱与载物台上基板焊盘的精确对中动作、和铜柱的旋转下压钻入焊盘上钎料中的植柱动作。

具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置的钻夹头转动运动组件包括水平连接板24、可数控电机25、电机张紧板26、主动轮27、从动轮28、传送带29和旋转轴及钻夹头30，可数控电机25通过电机张紧板26安装在水平连接板24上，主动轮27套装在可数控电机25的转动轴上，从动轮28套装在钻夹头所在旋转轴30的上端，主动轮27通过传送带29与从动轮28连接。

所述可数控电机25驱动所述主动轮27转动，所述主动轮27通过所述传送带29驱动所述从动轮28转动，所述从动轮28驱动所述旋转轴及钻夹头30转动，通过以上操作可实现所述旋转轴及钻夹头30以Z为轴的旋转运动。

如图6所示，所述植柱部件钻夹头30对铜柱5的夹持和松开的动作，是通过所述钻夹头外壳43的转动带动所述钻夹头本体42转动、带动所述三个夹爪41转动、带动所述推动螺母39转动，而所述螺纹连接的推动螺母39与推动螺杆44的相对转动引起推动螺母39相对推动螺杆44轴向向上或向下运动，而所述推动螺母39向下运动会推动所述三个夹爪41在所述V形顶体40、所述推动螺母39内导轨及所述钻夹头本体42通孔的共同限制下倾斜度减小、夹爪41松开；相反，当所述推动螺母39相对推动螺杆向上运动会推动所述三个夹爪41在所述V形顶体40、所述推动螺母39内导轨及所述钻夹头本体42通孔的共同限制下倾斜度增加、夹爪41闭合；所述钻夹头外壳43的转动可通过手动或数控程序控制实现，从而实现铜柱的夹持和松开动作，钻夹头的具体结构是目前的公知技术。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置的所述钻夹头平动运动机构包括立向基础底板11、X方向运动组件和Z方向运动组件，所述X方向运动组件包括X向直线导轨12、X向齿条13、X向运动齿轮14、可数控电机15、X向运动滑块16和立向连接板17，X向直线导轨12和X向齿条13由上至下依次并排平行安装在立向基础底板11上，立向连接板17通过X向运动滑块16与X向直线导轨12滑动连接，可数控电机15安装在立向连接板17上，X向运动齿轮14套装在可数控电机15的转动轴上，X向运动齿轮14与X向齿条13啮合；所述Z方向运动组件安装在立向连接板17上。

所述可数控电机15驱动所述X向运动齿轮14转动、并通过所述X向运动齿轮14和所述X向齿条13的啮合作用做X向水平运动，所述X向运动滑块16在所述X向直线导轨12上与所述立向连接板17和可数控电机15一起做X向水平运动，所述立向连接板17带动所述立向运动平板21和所述水平连接板24一起做X向水平运动，通过以上操作可实现所述钻夹头30在X方向上的水平运动。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置的钻夹头平动运动机构包括立向基础底板11、X方向运动组件和Z方向运动组件，所述Z方向运动组件包括Z向直线导轨18、Z向齿条19、Z向运动滑块20、立向运动平板21、可数控电机22和Z向运动齿轮23。Z向直线导轨18、Z向齿条19并排平行安装在立向连接板17上，且Z向直线导轨18沿长度方向的中心线与X方向直线导轨12沿长度方向的中心线垂直，立向运动平板21通过Z向运动滑块20与Z向直线导轨18滑动连接，可数控电机22安装在立向运动平板21上，Z向运动齿轮23套装在可数控电机22的转动轴上，Z向运动齿轮23与Z向齿条19啮合，水平连接板24与立向运动平板21的下端连接。所述可数控电机22驱动Z向运动齿轮23转动、并通过所述Z向运动齿轮23和所述Z向齿条19的啮合作用做上下运动，所述Z向运动滑块20在所述Z向直线导轨18上与固定连接的所述立向运动平板21和所述可数控电机22一起做上下运动；所述立向运动平板21带动所述水平连接板24上下运动，通过上述操作可实现所述钻夹头30在Z方向上的上下运动。其它组成及连接关系与具体实施方式一或三相同。

具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式所述一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置的载物台组件包括基底31、两个Y向直线导轨32、Y向齿条33、两个Y向运动滑块34、水平工作台35、可数控电机36、Y向运动齿轮37和两个载物台38，两个Y向直线导轨32并排平行设置在基底31的上表面上，水平工作台35的下表面通过两个Y向运动滑块34与两个Y向直线导轨32滑动连接，Y向齿条33设置在两个Y向直线导轨32之间，且Y向齿条33沿长度方向的中心线与Y向直线导轨32沿长度方向的中心线平行，可数控电机36安装在水平工作台35上，Y向运动齿轮37套装在可数控电机36的转动轴上，Y向运动齿轮37与Y向齿条33啮合，两个载物台38设置在水平工作台35的上表面上。

所述可数控电机36驱动所述Y向运动齿轮37转动、并通过所述Y向运动齿轮37和所述Y向齿条33的啮合作用做Y向水平运动，所述Y向运动滑块34在所述Y向直线导轨32上与所述水平工作台35和可数控电机36一起做Y向水平运动，通过以上操作就可以实现位于所述水平工作台35上的、所述固定陶瓷基板或树脂基板的载物台38的Y向水平运动。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置的送料组件包括料斗1、压料板3、弹簧4、棘齿送料板及其运动驱动机构6、钎剂储槽7、储槽盖板8、滑块及其运动驱动机构9和两个送料导轨10，两个送料导轨10并排平行设置，钎剂储槽7通过滑块9与两个送料导轨10滑动连接，钎剂储槽7的上方开口处设有储槽盖板8，储槽盖板8上设有铜柱限位孔8-1，料斗1设置在钎剂储槽7的上方，料斗1包括料斗立板1-1和料斗底板1-2，料斗底板1-2对应下方储槽盖板8上的铜柱限位孔8-1的位置设置有下料孔2，铜柱5设置在料斗1内，压料板3设置在料斗1内，且压料板3位于铜柱5的外侧，弹簧4安装在压料板3的外侧。棘齿送料板6上设有棘齿6-2，棘齿6-2的前端设有铜柱槽6-1。

所述铜柱5放置于所述料斗1中，所述弹簧4压紧所述压紧板3，所述铜柱5被所述压料板3压紧于所述料斗1中；所述棘齿送料板6在相应机构驱动下紧贴所述料斗1的料斗立板1-1并相对其左右往复运动；所述棘齿送料板6沿所述料斗1向右运动时，所述铜柱5在所述棘齿送料板6上棘齿6-2的搅动和所述压料板3的压力下进入所述棘齿送料板6的铜柱槽6-1中，所述棘齿送料板6的铜柱槽6-1只能容纳单一铜柱，从而实现了所述铜柱5从所述料斗1中分离的动作。铜柱槽中嵌有单一铜柱的所述棘齿送料板6沿所述料斗1由右向左往复运动时，所述棘齿送料板6的铜柱槽6-1带动单一铜柱运动至所述料斗1的料斗底板1-2的下料孔2的上方、并使单一铜柱沿下料孔2下落；所述储槽盖板8上的铜柱限位孔与所述料斗1的料斗底板的下料孔2对中，所述棘齿送料板6的铜柱槽6-1中的单一铜柱由所述下料孔2下落后进入并穿过所述储槽盖板8上的铜柱限位孔8-1，所述单一铜柱的下端落入所述钎剂储槽7中、并被其中的钎剂浸润，而所述单一铜柱的上端则外露于所述储槽盖板8上方一定长度，以方便钻夹头抓取和装夹，从而实现了单一铜柱植柱端的钎剂涂覆的动作。通过控制所述滑块驱动机构控制所述送料滑块9运动，带动安装于送料滑块9上的所述钎剂储槽7沿着送料导轨10运动，从而将所述单一铜柱从料斗1的料斗底板1-2的下方移出送至指定位置，从而实现了单一铜柱的送料动作。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种用于铜柱栅阵列互连器件植柱工艺的装置的钻夹头转动运动组件，所述从动轮28的下方设置一组旋转轴及其带动的钻夹头30，也可以在直角三角形顶点三个位置设置三组旋转轴及其带动的钻夹头30、或其他形状的顶点位置设置多组旋转轴及其带动的钻夹头30，所述的三个或多个钻夹头及其夹持的铜柱以Z为轴的旋转运动，是通过所述可数控电机25带动所述主动轮27、所述传送带29、所述从动轮28、所述旋转轴30及其上附加设置的所述传动齿轮及与之啮合的两个或多个传动齿轮及其上旋转轴的旋转动作实现的。所述三个或多个传动齿轮之间的间距与目标待植柱焊盘的间距相等。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。