CN102085637A - Bga焊锡球表面光洁度处理方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种BGA焊锡球表面光洁度处理方法及设备，方法步骤是：将BGA焊锡球封装入工作滚筒，保持锡球间松动；转动工作滚筒，使其中的锡球自磨抛光；研磨结束，停止工作滚筒转动，取出锡球，工作滚筒是围绕同一轴心线转动的一个圆筒或者是围绕同一轴心线公转的一个或者多个圆筒。设备是个BGA焊锡球自磨机，它有机座、工作滚筒、电机和减速机，工作滚筒的筒壁上有装料和放料开关，工作滚筒的两端有实心轴，实心轴安装在轴承机构上转动，实心轴与减速机通过刚性联轴节连接传动，工作滚筒里面可装内摇球杯，杯中装锡球，电机为变频调速电机。本发明设备结构紧凑，维护使用方便，不仅能够解决锡球表面光洁度问题，还能保证锡球原本的焊接性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电子行业芯片封装用的焊料，BGA焊锡球表面光洁度处理方法及设备。
背景技术
随着终端消费电子产品朝“轻、薄、短、小”及多功能化方向发展，迫使集成电路封装技术向高密度化、小型化、集成化的方向演变。随着集成电路集成化的不断提高，电子封装形式也逐渐从四边引脚(QFP)向球栅阵列(BGA)封装形式发展，在BGA和CSP封装工艺中使用精密焊球替代引脚，实现电路基板与芯片之间电连接和机械连接。精密焊球是直径范围在50um～760um之间的焊料合金小球。电子产品自动化生产要求焊球具有良好的表面光亮度。
传统BGA材料为锡铅焊料，多以Sn63Pb37为主，与目前印刷电路板的耐热性能接近，并因具有良好的可焊性、导电性以及较低的价格等优点而得到广泛使用。然而，铅及铅化合物属剧毒物质，对人体及牲畜具有极大的毒性，基于长期广泛使用含铅焊料。会给人类环境和安全带来不可忽视的危险。欧盟、美国、日本等已颁布了禁止使用铅及铅化合物的立法、使已经成熟的锡铅焊料被性能相近或更高的无铅焊料所替代。无铅焊料是以Sn为基体添加了Ag Cu Sb In等其它合金元素。Sn63Pb37的共晶温度是183℃，而无铅锡基焊料共晶温度都在210℃以上(不同锡基合金温度略有不同)，制球成型温度一般锡铅为220℃左右，无铅为280℃左右，在此温度下成型的焊球，表面坑洼不平、有大量凹坑、皱褶等表面质量问题。表面光洁度质量是评价BGA钎焊球质量优劣的一项重要指标，表面的缺陷会导致植球时吸球失败，还会影响焊接性能和各作业性能。
升高成型温度，可以提高锡球表面光洁度质量，当成型温度升为320℃时，焊球表面存在少量的凹坑和皱褶，当温度达到360℃时，焊球表面平整光洁，凹坑和皱褶很少，但温度越高，焊球越容易被氧化，锡球真圆度变差，且出现砸扁球。其二，可以通过添加稀土元素改善焊球表面状态，但微量稀土元素的添加只可改善，并不能完全消除，还会影响锡球焊接性能，有时候虽然提高了表面光洁度，但降低了焊接性能，并且制造成本上升。到目前，还没有研究出有效的解决方法，解决BGA焊锡球表面光洁度问题。
除非特别说明，本发明的BGA焊锡球、锡球和焊锡球互为同义词。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的问题，提出一种BGA焊锡球表面光洁度处理方法及设备，使之有效解决BGA焊锡球制造过程中，锡球表面雾状、皱褶等表面质量问题，以克服现有技术的不足。
本发明提出的这种BGA焊锡球表面光洁度处理方法，其特征在于它有如下步骤：
(1)将BGA焊锡球封装入工作滚筒，保持锡球间松动；
(2)转动工作滚筒，使其中的锡球自磨抛光；
(3)研磨结束，停止工作滚筒转动，取出锡球。
工作滚筒是围绕同一轴心线转动的一个圆筒或者是围绕同一轴心线公转的一个或者多个圆筒。
工作滚筒内固定有表面光滑的摇球杯，杯中装锡球，保持锡球间松动。
BGA锡球的直径范围为50um～760um。
本发明提出的这种BGA焊锡球表面光洁度处理设备，它是一个BGA焊锡球的自磨机，它有机座、工作滚筒、电机和减速机，其特征在于工作滚筒的筒壁上有装料和放料开关，工作滚筒的两端有实心轴，实心轴安装在轴承机构上转动，实心轴与减速机通过刚性联轴节连接传动。
在工作滚筒的实心轴轴线上可以安装连接多个工作滚筒。。
工作滚筒里面装有内壁光滑的不锈钢杯，也叫摇球杯，摇球杯有杯盖，杯中装锡球并保持锡球间松动。
同一个工作滚筒里装有多个首尾相触的摇球杯，摇球杯固定于工作滚筒中。
电机与减速机之间的通过弹性连轴器连接，电机为变频调速电机。
工作滚筒可以是围绕同一轴心线公转的多个圆筒。也可以在同一工作滚筒内固定多个绕其轴心线公转的摇球杯。
本发明是通过将BGA焊锡球封装在工作筒中，进行周期性的自磨，让锡球与锡球或锡球与摇球杯在一定摩擦力下的相对运动对BGA焊锡球表面进行的精整加工。通过研磨去除锡球表面雾状，皱褶。同时，对自身进行表面抛光，使其表面粗糙度降低，以获得光亮的、规整的表面。
本发明不仅能够解决锡球表面光洁度问题，还能保证锡球原本的焊接性能，同时为制造过程中锡球不会因为温度过高而被氧化、出现椭圆球和砸扁球奠定了基础。
本发明的设备结构简单紧凑，维护使用清洁方便，并解决一直以来无铅BGA焊锡球表面光洁度的问题。提高表面光洁度处理产能，降低表面光洁度处理成本。
附图说明
图1是本发明的锡球表面光洁度处理原理图。
图2是本发明的工作机构简图。
图3是摇球杯主视图(正剖面)。
图4是本发明设备装配图。
图4中各零部件的标号如下：
1-机座；2-电机支架；3-变频调速电机；4-弹性联轴器；5-齿轮减速机；6-刚性联轴器；7-工作滚筒；8-蝶型锁紧螺母；9-圆锥滚子轴承；10-深沟球轴承；11-定位套筒；12-轴承座端盖；13-端盖螺钉；14-锁紧螺钉；15-轴承座螺钉；16-轴承座架；17-减速机底座。
具体实施方式
如图1-4所示，机座1用两根槽钢制作。电机3为变频调速电机，通过电机支架2安装在机座上。减速机5为齿轮减速机，通过减速机底座17安装固定在机座上。工作滚筒7也称工作杯，通过其两端的实心轴安装在轴承机构上，工作滚筒在机座上成一条直线安装。这里的轴承机构是将实心轴固定在轴心线上转动的全部零部件，包括圆锥滚子轴承9、深沟球轴承10、定位套筒11、轴承座端盖12、端盖螺钉13、轴承座螺钉15和轴承座架16等。工作滚筒的两端各设一个轴承机构。本例的工作滚筒为两个。但本发明的同一减速机输出轴线上可安装的工作滚筒不限于一个或两个，人们可以根据实际需要和可能安装更多的工作滚筒。减速机输出轴与工作滚筒间，以及两个工作滚筒间通过刚性联轴器6连接传动。每个工作滚筒的筒壁上设有两个装料和放料开关，每个开关板由蝶型锁紧螺母8固定。工作滚筒上的放料和出料开关可以只设一个，也可以设多个，根据工作滚筒的实际需要确定。电机轴与减速机输入轴间用弹性联轴器4连接。
为更好地保证锡球的研磨抛光效果，工作滚筒中不直接装锡球，而是在每个工作滚筒中首尾相触地装入六个摇球杯，即六个表面光滑的不锈钢杯，每个杯有紧套的杯盖(如图3所示)，锡球装入摇球杯中并保持锡球间松动。六个摇球杯通过工作滚筒上的锁紧螺钉抵紧固定。
本例的每个工作滚筒尺寸为：内φ150mm外φ160)mm，长度为(内545外569)mm。摇球杯，即不锈钢杯内高82mm，外高外86mm，直径为：内φ124mm外φ130mm。
其他工作参数如下表：
| 工作电压 | 380V |
| 额定转速 | 1400r/min |
| 工作转速 | 125r/min |
| 装球重量 | 3000g±50g |
| 摇球时间 | 60min±5min |
用这样的设备和方法处理直径为600um锡球时，所取得的技术效果如下表：
经过多次实用，本例的设备处理直径在50um～760um的锡球时，都能使锡球的表面光滑如镜，而真圆度总是保持在99％以上。
对于围绕同一轴心线公转的多个工作滚筒(3个)，以及同一工作滚筒上布置多个绕轴心线公转的摇球杯(4个)的设备，经过实际试验，所得效果与本例的近似。
Claims (10)
1.一种BGA焊锡球表面光洁度处理方法，其特征在于它有如下步骤：
(1)将BGA焊锡球封装入工作滚筒，保持锡球间松动；
(2)转动工作滚筒，使其中的锡球自磨抛光；
(3)研磨结束，停止工作滚筒转动，取出锡球。
2.根据权利要求1所述的BGA焊锡球表面光洁度处理方法，其特征在于工作滚筒是围绕同一轴心线转动的一个圆筒或者是围绕同一轴心线公转的一个或者多个圆筒。
3.根据权利要求1所述的BGA焊锡球表面光洁度处理方法，其特征在于工作滚筒内固定有表面光滑的摇球杯，杯中装锡球，保持锡球间松动。
4.根据权利要求1所述的BGA焊锡球表面光洁度处理方法，其特征在于BGA锡球的直径范围为50um～760um。
5.一种BGA焊锡球表面光洁度处理设备，它是一个BGA焊锡球的自磨机，它有机座、工作滚筒、电机和减速机，其特征在于工作滚筒的筒壁上有装料和放料开关，工作滚筒的两端有实心轴，实心轴安装在轴承机构上转动，实心轴与减速机通过刚性联轴节连接传动。
6.根据权利要求5所述的BGA焊锡球表面光洁度处理设备，其特征在于工作滚筒的实心轴轴线上安装连接多个工作滚筒。
7.根据权利要求5所述的BGA焊锡球表面光洁度处理设备，其特征在于工作滚筒里面装有内壁光滑的摇球杯，摇球杯有杯盖。
8.根据权利要求5所述的BGA焊锡球表面光洁度处理设备，其特征在于同一个工作滚筒里装有多个首尾相触的摇球杯，摇球杯固定于工作滚筒中。
9.根据权利要求5所述的BGA焊锡球表面光洁度处理设备，其特征在于电机与减速机之间的通过弹性连轴器连接，电机为变频调速电机。
10.根据权利要求5所述的BGA焊锡球表面光洁度处理设备，其特征在于工作滚筒还是围绕同一轴心线公转的多个圆筒，或者同一工作滚筒内固定多个绕其轴心线公转的摇球杯。
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