專(zhuān)利名稱(chēng)：一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置及方法，屬于陶瓷電子元器件封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代集成電路技術(shù)飛速發(fā)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(zhuǎn)變，同時(shí)促使新的封裝技術(shù)也隨之不斷出現(xiàn)和發(fā)展。球柵陣列封裝作為當(dāng)今大規(guī)模集成電路的主要封裝形式在不同領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。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電熱性能好、氣密性強(qiáng)、抗?jié)裥阅芎煤涂煽啃愿叩膬?yōu)點(diǎn)。陶瓷柱柵陣列封裝是陶瓷球柵陣列封裝的發(fā)展和改進(jìn)，用柱柵取代球柵，大大環(huán)節(jié) 了氧化鋁陶瓷外殼與環(huán)氧樹(shù)脂印制電路板之間由于熱膨脹系不匹配帶來(lái)的熱疲勞問(wèn)題，從而提高了組裝的可靠性。陶瓷柱柵陣列封裝可實(shí)現(xiàn)很多邏輯和微處理器功能，其封裝形式?jīng)Q定其耐高溫、耐高壓和高可靠性的特性，適用于大尺寸和多I/o的情況。因此在電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域占有重要的地位。相對(duì)于球柵陣列，柱柵陣列的直徑小、高度高、不易固定，使得陶瓷柱柵陣列封裝的工藝技術(shù)存在難度。而焊柱的共面性和位置度是植柱工藝質(zhì)量的兩個(gè)主要考核指標(biāo)，其直接關(guān)系到陶瓷柱柵陣列器件表貼工藝的質(zhì)量和可靠性。能否開(kāi)發(fā)出一種高精度陶瓷柱柵陣列元器件植柱裝置及方法，確保焊柱的位置度和共面性，是制約陶瓷柱柵陣列元器件在我國(guó)電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域中應(yīng)用的重大瓶頸之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提出一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置及方法，該裝置及方法能夠使得陶瓷柱柵陣列元器件的焊柱具有良好的位置度和共面性，而且有效控制了焊點(diǎn)處的空洞率，保證了陶瓷柱柵陣列元器件組裝到板級(jí)時(shí)表貼工藝的質(zhì)量，操作簡(jiǎn)便。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提出了一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置，該裝置從下往上依次包括底座、焊柱平整化機(jī)構(gòu)、焊柱定位機(jī)構(gòu)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和上蓋；底座為中心帶有凸臺(tái)的平板，凸臺(tái)的高度根據(jù)焊柱平整化的厚度而決定；焊柱平整化機(jī)構(gòu)為中空的平板；平板的一個(gè)側(cè)邊為切削邊，即該邊從邊緣到中心的厚度逐漸變小；焊柱平整化機(jī)構(gòu)的中空部位與底座的凸臺(tái)相匹配；焊柱定位機(jī)構(gòu)為一平板，是由數(shù)塊相同厚度的網(wǎng)板組合而成。其中心帶有與待焊接焊柱直徑相適應(yīng)的植柱孔；陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)為中空的平板，陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)的每個(gè)側(cè)邊各帶有一限位臺(tái)，四個(gè)限位臺(tái)組成的空間與陶瓷外殼相匹配；每?jī)蓚€(gè)限位臺(tái)之間的中空部分用于回流焊過(guò)程中助焊劑的揮發(fā)以及熱量的傳導(dǎo)；上蓋為中空的平板，用于與焊柱平整化機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接并通過(guò)螺釘將焊柱定位機(jī)構(gòu)和陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)組合在一起；
焊柱平整化機(jī)構(gòu)、焊柱定位機(jī)構(gòu)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和上蓋用螺釘固定連接，底座與焊柱平整化機(jī)構(gòu)用螺釘固定連接；連接后，陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和焊柱定位機(jī)構(gòu)的植柱孔都位于上蓋的中空部位。本發(fā)明提出了一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱方法，該方法的步驟為I)將焊柱平整化機(jī)構(gòu)、焊柱定位機(jī)構(gòu)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和上蓋用螺釘固定連接，然后再用螺釘將底座與焊柱平整化機(jī)構(gòu)固定連接；2)將待焊接焊柱按照陶瓷外殼焊盤(pán)分布的要求放置在焊柱定位機(jī)構(gòu)的植柱孔中，并穿過(guò)植柱孔至底座的凸臺(tái)上；3)在陶瓷外殼的焊盤(pán)上印刷焊錫膏，將陶瓷外殼放置于焊柱上，使焊錫膏與待焊接焊柱充分接觸，并通過(guò)陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)上的限位臺(tái)將陶瓷外殼進(jìn)行定位；
4)將放置有陶瓷外殼的植柱裝置放于回流爐內(nèi)進(jìn)行焊點(diǎn)的回流焊，待植柱裝置冷卻后將底座取下，用切削工具通過(guò)焊柱平整化機(jī)構(gòu)的切削邊對(duì)焊柱表面進(jìn)行平整化處理，最后將植好焊柱的陶瓷外殼即元器件從植柱裝置中取出。有益效果本發(fā)明通過(guò)焊柱定位機(jī)構(gòu)精確的限定了焊柱的位置，使得陶瓷柱柵陣列元器件植柱后焊柱的位置度好；本發(fā)明通過(guò)陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)限位凸臺(tái)之間的中空部位將回流焊過(guò)程中助焊劑產(chǎn)生的氣體有效的散出，并使熱量有效的進(jìn)行傳導(dǎo)，使得回流焊后焊點(diǎn)處的空洞率得到控制；本發(fā)明通過(guò)焊柱平整化機(jī)構(gòu)并結(jié)合切削工具使得陶瓷柱柵陣列元器件植柱后焊柱的表面平整，焊柱表面的共面性較好；本發(fā)明將焊柱平整化機(jī)構(gòu)、焊柱定位機(jī)構(gòu)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和上蓋先用螺釘固定連接，然后再將底座與焊柱平整化機(jī)構(gòu)用螺釘固定連接，方便底座的拆除；本發(fā)明中的焊柱定位機(jī)構(gòu)和陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)是由使用激光進(jìn)行精密加工的厚度為0. I 0. 6_的網(wǎng)板組合而成；由于其加工精度較高，使用多塊網(wǎng)板組合在一起后整體裝置的精度也較高，滿(mǎn)足陶瓷柱柵陣列元器件對(duì)焊柱植柱精度的要求。


圖I為本發(fā)明的植柱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為底座的結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為焊柱平整化機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為焊柱定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為上蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1_底座，2_焊柱平整化機(jī)構(gòu),3_焊柱定位機(jī)構(gòu),4_陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)，5_上
至Jhl o
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例I要求對(duì)LGA560陶瓷外殼進(jìn)行植柱工藝，陶瓷外殼焊盤(pán)尺寸為00. 89mm，節(jié)距為
I.27mm ;焊柱尺寸為OO. 89mm,高度為2. 2mm。實(shí)施步驟一種適用于CCGA560陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置，該裝置從下往上依次包括底座I、焊柱平整化機(jī)構(gòu)2、焊柱定位機(jī)構(gòu)3、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)4和上蓋5，如圖I所示；底座I為中心帶有凸臺(tái)的平板，該平板的尺寸為85mmX85mmX3mm，凸臺(tái)為 60mm X 60mm X 2mm,如圖 2 所不；焊柱平整化機(jī)構(gòu)2為中空的平板，該平板的尺寸為85mmX85mmX3mm，中空的部分的尺寸為60mmX60mm，如圖3所示；焊柱平整化機(jī)構(gòu)2的一個(gè)側(cè)邊為切削邊，即該邊從邊緣到中心的厚度逐漸變小，傾斜度小于10°。焊柱平整化機(jī)構(gòu)2的中空部位與底座I的凸臺(tái)相匹配。如圖3所示；焊柱定位機(jī)構(gòu)3為平板,該平板的尺寸為85_X85_X3mm。其中心帶有植柱孔；由5塊厚度為0. 5mm精密激光加工的網(wǎng)板組合而成，植柱孔的直徑為0. 65 0. 75mm，節(jié)距為I. 27mm。如圖4所示；陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)4為中空的平板,該平板的尺寸為85mmX85mmX3mm。陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)4的每個(gè)側(cè)邊各帶有一限位臺(tái)，限位的尺寸為20_X2_ ;四個(gè)限位臺(tái)組成的空間與陶瓷外殼相匹配；每?jī)蓚€(gè)限位臺(tái)之間的中空部分用于氣體或熱量的擴(kuò)散。如圖5所示；上蓋5為中空的平板，該平板的尺寸為85mmX85mmX3mm。用于與焊柱平整化機(jī)構(gòu)2進(jìn)行連接并通過(guò)螺釘將焊柱定位機(jī)構(gòu)3和陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)4組合在一起。如圖6所示；焊柱平整化機(jī)構(gòu)2、焊柱定位機(jī)構(gòu)3、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)4和上蓋5用螺釘固定連接，底座I與焊柱平整化機(jī)構(gòu)2用螺釘固定連接；連接后，陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)4和焊柱定位機(jī)構(gòu)3的植柱孔都位于上蓋5的中空部位。將組合好的焊柱定位機(jī)構(gòu)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和焊柱平整化機(jī)構(gòu)放置于上蓋與下蓋之間，然后通過(guò)四邊的固定組件將上蓋、焊柱定位機(jī)構(gòu)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)、焊柱平整化機(jī)構(gòu)和下蓋固定，保證各組件的相對(duì)位置始終保持不變，參照?qǐng)DI。將焊柱按照LGA560焊盤(pán)的陣列排布方式放置于相應(yīng)焊柱的定位孔內(nèi)，確保焊柱的底面接觸到底部平臺(tái)上。將LGA560外殼焊盤(pán)上均勻地印刷一定量的焊錫膏，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)設(shè)備將LGA560外殼倒置放在陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)內(nèi)，確保每個(gè)焊盤(pán)上的焊料均與相應(yīng)焊柱充分接觸。將放置好元器件的植柱裝置平穩(wěn)的放置于回流焊爐內(nèi)進(jìn)行回流焊，回流焊的峰值溫度為250 275°C，回流時(shí)間為30 60s。使焊料在經(jīng)過(guò)回流焊的過(guò)程中熔化，將焊盤(pán)與焊柱充分的連接在一起。待植柱裝置冷卻至室溫后，通過(guò)旋開(kāi)螺釘將下蓋取下，通過(guò)切削工具對(duì)焊柱表面進(jìn)行平整化處理，并將切削掉的焊柱端清除干凈。最后使用拾取裝置將元器件從植柱裝置中無(wú)損傷的取出。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置，其特征在于該裝置從下往上依次包括底座(I)、焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)、焊柱定位機(jī)構(gòu)(3)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)(4)和上蓋(5)； 底座(I)為中心帶有凸臺(tái)的平板； 焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)為中空的平板；平板的一個(gè)側(cè)邊為切削邊，焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)的中空部位與底座(I)的凸臺(tái)相匹配； 焊柱定位機(jī)構(gòu)(3)為一平板，由網(wǎng)板組合；其中心帶有與待焊接焊柱直徑相適應(yīng)的植柱孔； 陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)(4)為中空的平板，陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)(4)的每個(gè)側(cè)邊各帶有一限位臺(tái)，四個(gè)限位臺(tái)組成的空間與陶瓷外殼相匹配；每?jī)蓚€(gè)限位臺(tái)之間是中空的； 上蓋(5)為中空的平板；焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)、焊柱定位機(jī)構(gòu)(3)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)(4)和上蓋(5)固定連接，底座(I)與焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)固定連接；連接后，陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)(4)和焊柱定位機(jī)構(gòu)(3)的植柱孔都位于上蓋(5)的中空部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置，其特征在于網(wǎng)板是用激光進(jìn)行精密加工的，其厚度為O. I O. 6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置，其特征在于切削邊從焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)的邊緣到中心的厚度逐漸變小，切削邊的傾斜度小于10°。
4.一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱方法，其特征在于該方法的步驟為 1)將焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)、焊柱定位機(jī)構(gòu)(3)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)(4)和上蓋(5)固定連接，然后將底座(I)與焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)固定連接； 2)將待焊接焊柱按照陶瓷外殼焊盤(pán)分布的要求放置在焊柱定位機(jī)構(gòu)(3)的植柱孔中，并穿過(guò)植柱孔至底座(I)的凸臺(tái)上； 3)在陶瓷外殼的焊盤(pán)上印刷焊錫膏，將陶瓷外殼放置于焊柱上，使焊錫膏與待焊接焊柱充分接觸，并通過(guò)陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)(4)上的限位臺(tái)將陶瓷外殼進(jìn)行定位； 4)將放置有陶瓷外殼的植柱裝置進(jìn)行焊點(diǎn)的回流焊，待植柱裝置冷卻后將底座(I)取下，用切削工具通過(guò)焊柱平整化機(jī)構(gòu)(2)的切削邊對(duì)焊柱表面進(jìn)行平整化處理，最后將植好焊柱的陶瓷外殼從植柱裝置中取出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱方法，其特征在于步驟4)中的回流焊在回流爐內(nèi)進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱方法，其特征在于回流焊的峰值溫度為250 275°C，回流時(shí)間為30 60s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷柱柵陣列元器件的植柱裝置及方法，屬于陶瓷電子元器件封裝技術(shù)領(lǐng)域。該裝置從下往上依次包括底座、焊柱平整化機(jī)構(gòu)、焊柱定位機(jī)構(gòu)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和上蓋；焊柱平整化機(jī)構(gòu)、焊柱定位機(jī)構(gòu)、陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和上蓋用螺釘固定連接，底座與焊柱平整化機(jī)構(gòu)用螺釘固定連接；連接后，陶瓷外殼定位機(jī)構(gòu)和焊柱定位機(jī)構(gòu)的植柱孔都位于上蓋的中空部位。通過(guò)本發(fā)明制備的柱柵陣列元器件的焊柱位置度和共面性較好。
文檔編號(hào)H01L21/50GK102856215SQ20121026435
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者姚全斌, 練濱浩, 黃穎卓, 林鵬榮 申請(qǐng)人:北京時(shí)代民芯科技有限公司, 北京微電子技術(shù)研究所