(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510740583.6
(22)申请日 2015.11.04
H01L 21/60(2006.01)
(71)申请人苏州启微芯电子科技有限公司
地址213000 江苏省苏州市高新区竹园路
209号
(72)发明人
顾欣奕
(54)发明名称
CCGA 自动植柱机
(57)摘要
本发明涉及自动化设备的技术领域，尤其是
一种CCGA 自动植柱机，具有机座，所述机座的前
端面上设置有人机界面和多个用于控制人机界面
录焊柱阵列通过夹具把锡柱分配模具过程的识别
照相机。该CCGA 自动植柱机通过将焊柱准确分配
到专用锡柱分配模具中，再由锡柱分配模具转移
到焊接治具中进行焊接，完成芯片植柱。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 105355573 A 2016.02.24
C N 105355573
A
1.一种CCGA自动植柱机，其特征在于：具有机座(1)，所述机座(1)的前端面上设置有人机界面(2)和多个用于控制人机界面(2)的控制按钮(3)，机座(1)的上表面设置有XY 工作台(4)，所述XY工作台(4)的上表面上设置有锡柱分配模具(5)、用于将焊柱阵列夹紧在锡柱分配模具(5)中的夹具(6)和用于记录焊柱阵列通过夹具(6)夹紧在锡柱分配模具(5)过程的识别照相机(7)。
2.根据权利要求1所述的CCGA自动植柱机，其特征在于：所述的焊柱的直径为0.56mm，高度为2.21mm；焊柱由合金材料制成，各组分的重量百分比分别为：铅90％，锡10％。
3.根据权利要求1所述的CCGA自动植柱机，其特征在于：所述的焊柱为外部带有铜带的焊料柱，直径为0.56mm，高度为2.21mm；焊柱由合金材料制成，各组分的重量百分比分别为：铅80％，锡20％。
CCGA自动植柱机
技术领域
[0001] 本发明涉及自动化设备的技术领域，尤其是一种CCGA自动植柱机。
背景技术
[0002] 根据BGA基板的不同，主要分为三类：PBGA(塑封焊球阵列)、CBGA(陶瓷焊球阵列)以及CCGA(陶瓷焊柱阵列)。CCGA(陶瓷焊柱阵列)封装芯片主要应用在航天、航空、军工等高可靠要求的场合，CCGA芯片在国外已经应用多年，目前国内刚开始应用。由于国外技术封锁，相关资料缺乏，进展缓慢，本领域的技术人员正在寻求可以小批量生产、维修和研究CCGA芯片的方法。 [0003] 一、PBGA(塑封焊球阵列)具有如下特点：
[0004] (1)与PCB板(印刷线路板-通常为FR-4板)的热匹配性好；PBGA结构中的BT 树脂/玻璃层压板的热膨胀系数(CTE)约为14ppm/℃，PCB板约为17ppm/℃，两种材料的CTE比较接近，因而热匹配性好；
[0005] (2)在回流焊过程中可利用焊球的自对准作用，即熔融焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求，共面度要求宽松；
[0006] (3)成本低，电性能良好。
[0007] PBGA封装的缺点是：对湿气敏感，“爆米花效应”严重，可靠性存在隐患，不适用于有气密性要求和可靠性要求高的器件的封装。
[0008] 二、CBGA(陶瓷焊球阵列)的特点：CBGA基板是多层陶瓷，金属盖板用密封焊料焊接在基板上，经过气密性处理有较高的可靠性和物理保护性能。焊球材料为高温共晶焊料pb90/sn10，焊球和封装体的连接需使用低温共晶焊料63Sn37Pb。封装体尺寸一般为10～35mm，标准的焊盘间距为1.27mm、1.0mm；标准的焊球尺寸有0.889mm、0.76mm、0.60mm。[0009] 见附图4，CBGA(陶瓷焊球阵列)封装的优点如下：
[0010] (1)气密性好，抗湿气性能高，因而封装组件的长期可靠性高；
[0011] (2)与PBGA器件相比，电绝缘特性更好；
[0012] (3)散热性能优于PBGA结构。
[0013] CBGA(陶瓷焊球阵列)封装的缺点如下：
[0014] (1)由于陶瓷基板和PCB板的热膨胀系数(CTE)相差较大，A1203陶瓷基板的CTE 约为7ppm/℃，PCB板的CTE约为17ppm/℃，因此热匹配性差，焊点疲劳是其主要的失效形式；
[0015] (2)与PBGA器件相比，封装成本高；
[0016] (3)在封装体边缘的焊球对准难度增加，不适用大器件尺寸应用领域。
[0017] 三、CCGA(陶瓷焊柱阵列PB90/SN10)
[0018] 见附图6，CCGA是CBGA的改进型，二者的区别在于：CCGA采用直径为0.51mm、高度为2.21mm PB90/sn10的焊料柱替代CBGA中PB90/SN10的焊料球，以提高其焊点的抗疲劳能力。因此柱状结构更能缓解由热失配引起的陶瓷载体和PCB板之间的剪切应力。封装体
尺寸一般为大于32mm，标准的焊盘间距为1.27mm、1.0mm；标准的焊柱尺寸：长2.21mm、直径0.51mm。
[0019] 见附图5，CCGA PB90/SN10陶瓷焊柱阵列封装的优点如下：
[0020] (1)CCGA的优点与CBGA相同；
[0021] (2)CCGA封装体和PCB基板材料之间热匹配性能力较好，因此可靠性要优于CBGA 器件，特别是大器件尺寸应用领域。
[0022] 见附图5，CCGA PB90/SN10封装的缺点是：现有的CBGA、CCGA封装采用的基板为氧化铝陶瓷基板，其局限性在于它的热膨胀系数与PCB板或卡的热膨胀系数相差较大，而热失配容易引起焊点疲劳；它的高介电常数、电阻率也不适用于高速、高频器件。
发明内容
[0023] 本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中的现有技术存在的问题，提供一种可以小批量生产、维修和研究CCGA芯片的CCGA自动植柱机。
[0024] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种CCGA自动植柱机，具有机座，所述机座的前端面上设置有人机界面和多个用于控制人机界面的控制按钮，机座的上表面设置有XY工作台，所述XY工作台的上表面上设置有锡柱分配模具、用于将焊柱阵列夹紧在锡柱分配模具中的夹具和用于记录焊柱阵列通过夹具夹紧在锡柱分配模具过程的识别照相机。
[0025] 进一步地，所述的焊柱的直径为0.56mm，高度为2.21mm；焊柱由合金材料制成，各组分的重量
百分比分别为：铅90％，锡10％。
[0026] 进一步地，所述的焊柱为外部带有铜带的焊料柱；焊柱由合金材料制成，各组分的重量百分比分别为：铅80％，锡20％。
[0027] 本发明的有益效果是：本发明的CCGA自动植柱机，通过将焊柱准确分配到专用锡柱分配模具中，再由锡柱分配模具转移到焊接治具中进行焊接，完成芯片植柱，解决了企业或机构无法生产或维修CCGA芯片的困境，使用专用的配套治具，相比人工植柱，可以提高效率10倍～20倍，解决人工植柱的不稳定及污染问题。
附图说明
[0028] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0029] 图1是本发明CCGA自动植柱机的结构示意图；
[0030] 图2是CCGA PB80/SN20陶瓷焊柱阵列封装的结构示意图；
[0031] 图3是CCGA PB80/SN20陶瓷焊柱的结构示意图；
[0032] 图4是CBGA陶瓷焊球阵列封装的结构示意图；
[0033] 图5是CCGA PB90/SN10陶瓷焊柱阵列封装的结构示意图；
[0034] 图6是CCGA PB90/SN10陶瓷焊柱的结构示意图。
[0035] 附图中的标号为：1、机座，2、人机界面，3、控制按钮，4、XY工作台，5、锡柱分配模具，6、夹具，7、识别照相机。
具体实施方式
[0036] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0037] 如图1所示的本发明CCGA自动植柱机，具有机座1，机座1的前端面上设置有人机界面2和多个用于控制人机界面2的控制按钮3，机座1的上表面设置有XY工作台4，XY 工作台4的上表面上设置有锡柱分配模具5、用于将焊柱阵列夹紧在锡柱分配模具5中的夹具6和用于记录焊柱阵列通过夹具6夹紧在锡柱分配模具5过程的识别照相机7。[0038] 多个控制按钮3包括主机操作按钮和分配器控制按钮。
[0039] 主机操作按钮包括：(1)模式开关：切换手动模式和自动模式；(2)开始按钮：模式开关在自动模式下按下开始按钮，开始生产；(3)停止按钮：在自动模式下，生产过程中按下停止按钮，可以强制停止生产；(4)急停按钮：紧急停止按钮，按下后将切断设备的供电。
[0040] 分配器控制按钮包括：(1)吹气按钮：用于调试时，手工控制分配器吹气；(2)复位按钮：在自动生产时，当发生插柱故障报警，排除故障后，按下复位按钮，可以恢复生产。[0041] 人机界面2包括手动模式和自动模式。
[0042] 手动模式包括：(1)HOME：XY工作台4回机械原点；(2)检查：通过照相机自动识别锡柱是否漏插或按照程序跑坐标；(3)坐标导入1；(4)坐标导入2；(5)震动开：控制锡柱分配器是否送料；(6)震动关；(7)回Pin 1：点击后设备自动移动到第一个插入点(照相机位)，用于检查夹具是否有误差；(8)停止：停止检查；(9)单步模式：切换检查时是连续工作，还是每点击一下NEXT走一步；(10)设置和显示运行的当前步；(11)移动的步距；(12)手动移动XY工作台4；(13)设为原点：当前坐标设置为插入的第一点；(13)点位保存：把当前坐标保存到当前的插入步。
[0043] 自动模式包括：(1)震动开：打开/关闭锡柱分配器震动；(2)单步模式：单步模式和连续模式切换；连续模式时，连续插柱；(3)NEXT：在单步模式的模式下，每按一次NEXT插锡柱一次；(4)继续：在暂停状态下，点击按钮将继续工作；(5)气缸指示：分配上升下降：(6)停止：暂停插柱。
[0044] 设备操作步骤如下所示：
[0045] 一、确认插入坐标
[0046] a、在手动模式下，点击“HOME”，待设备回到原点后，点击“回Pin1”；
[0047] b、通过显示器中的图像确认第一个插入点是否在中心，如果不在中心请点击上下左右按钮使其在中心。图像到中心后点击“设为原点”按钮；
[0048] c、为了保证插入坐标的精度，可以多次重复a、b步骤。
[0049] 二、锡柱分配器检查
[0050] a、加料；
[0051] b、确认光纤放大器指示灯状态，否则说明有锡柱挡住，按吹气按钮，尝试吹出锡柱，然后按复位按钮。
[0052] 三、开始生产
[0053] a、如果想要从指定插入步开始生产，按一下步骤操作，否则跳过；
[0054] a1、点击设置和显示运行的当前步中的数字；
[0055] a2、输入数字；
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