一種利用smt貼片機進行bga植球的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用SMT貼片機進行BGA植球的方法：將裝載焊球的焊球載板放置在貼片機的盤裝器件供料區，將固定有BGA的BGA載板固定在貼片機軌道上，通過專用的BGA植球貼片程序，貼片機吸嘴將焊球封裝在BGA焊盤上。該方法，利用生產中已有的SMT貼片機設備，簡化了BGA植球操作過程，因采用了BGA植球貼片程序，該程序可適用所有BGA，無需制作專用的網板，節省了成本；同時，因省略了網板制作時間，生產響應速度快。另外，由于植球位置、壓力、速度均由高精度的貼片機自動控制，所有參數可控，植球質量高，可適應批量BGA植球。進一步，由于使用了標準的焊球，植球高度與全新器件一致，高度可還原，通用性強。
【專利說明】—種利用SMT貼片機進行BGA植球的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及BGA加工領域，尤其是一種利用SMT貼片機進行BGA植球的方法。
【背景技術】
[0002]在SMT裝配技術中，球柵陣列封裝元件(BGA)具有焊點數量眾多且隱藏在封裝之下的特點，致使難以對貼裝質量進行控制，從而難于實現BGA的良好焊接。對貼裝不良的BGA進行返修時，需將其拆卸，就必然造成BGA底部錫球損壞。要重新安裝BGA，就必須要將焊球回復完整，方法就是重新植球。而任何植球方式第一步都需將BGA焊盤底部清理干凈，只是在如何植球的方法上存在差異。
[0003]目前在國內外各SMT生產線所采取的植球方法主要有兩種:
手工植球:利用鑷子和濾網將錫球逐一擺放在需植球的BGA底部焊盤上，之后進行回流焊。此方式的缺點是效率低，焊球的數量眾多時不易操作，錫球擺放稍有偏差就易造成后續回流焊中錫焊接不良，對操作者要求高，不夠靈活，不能適用于多個BGA植球。
[0004]植球器植球:常見的植球器一般由一塊網板和一套夾具組成，網板開孔位置與BGA底部焊盤匹配，孔徑一般比球徑大一些，夾具用于固定好BGA和網板，使其緊密配合不會晃動，接著將焊球均勻地散播在網板上，搖晃植球器，然后將焊球滾到網板的開孔中，使網板開孔位置的每個孔均滾有一個焊球后，最后將多余的焊球滾到網板邊緣，通過預留開口倒出，最后將植球器整體進行回流焊，之后將BGA從植球器中取出。此方法比手工植球成功率高，速度快；缺點是需要針對每種不同的BGA購買或制作與之對應的網板，而BGA的常用封裝就有上百種，并且不斷有新封裝產生，成本高昂且網板制作至少需要2-3天，生產響應速度慢。另外，網板的網孔大于焊球直徑，進行焊球網板脫模時，易導致焊球位置不固定，脫模后仍需人工調整，否則可能導致在回流焊時植球失敗。
[0005]2013年I月16日第201210346219.8號中國發明專利，揭示了一種BGA植球工藝，利用印刷機、載具、鋼網、錫膏，進行批量植球。該發明生產相應速度較快，成本較低，但因采用了錫膏進行植球，由于鋼網厚度和焊盤開孔直徑限制了焊膏量，會導致返修后的BGA與原封裝的BGA高度差距較大，焊球的高度無法還原，對于需要有器件高度配合的工藝來說無法使用。

【發明內容】

[0006]本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種操作簡單方便、能適應大批量生產、生產效率高、成本低、高度可還原的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法。
[0007]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
一種利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，包括以下步驟:
A、編寫貼片機植球專用軟件，用于生成BGA植球貼片程序；
B、將焊球裝載在焊球載板上； C、將裝滿焊球的焊球載板安裝在貼片機的盤裝器件供料區上，并進行固定；
D、將BGA安裝在BGA載板上，并用活動擋板進行固定；
E、將固定有BGA的BGA載板放入貼片機軌道，并進行固定與定位；
F、啟動貼片機，調用對應的BGA植球貼片程序，貼片機吸嘴將步驟C中的焊球貼裝在步驟E中的BGA焊盤上，進行植球；
G、貼裝完成后，檢查每個BGA焊盤上的焊球有無缺球、偏移和橋連；
H、確認貼裝合格后，放至回流焊烘烤；
1、植球完成。
[0008]上述步驟A中的BGA植球貼片程序包括以下步驟:
1)數據讀取:讀取待植球的BGA的信息，包括BGA名稱、焊球間距、焊球行數、焊球列
數；
2)數據處理:
a.根據焊球行數、焊球列數計算出待植球的焊球的個數；
b.根據焊球行數、焊球列數和焊球間距計算出BGA焊盤上各焊點的X、Y坐標；
c.根據焊球行數和對應坐標生成各焊點編號；
d.刪除不需的焊接焊點信息數據，包括焊點坐標及編號；
3)數據執行:貼片機在識別了需焊接的焊點編號、焊點X、Y坐標值后，指令貼片機吸嘴將焊球載板上的焊球擺放至BGA焊盤上的對應位置；
4)數據輸出:以貼片機可用文件格式輸出包括封裝名稱、X坐標、Y坐標、角度和編號數據。
[0009]上述步驟B中的焊球載板，包括設置于四周的回收槽、出口及呈矩陣排列的用以放置焊球的若干個焊球槽。
[0010]上述步驟D中的BGA載板，設置有供貼片機夾持的夾持部位和若干個不同深度的器件槽；每個器件槽內設置有對應厚度的“L”形的活動擋板，每個器件槽之間設置有隔條；所述BGA放置于與其厚度對應的器件槽內，并用對應厚度的活動擋板進行固定。
[0011 ] 所述焊球載板和BGA載板的制作材料為合成石材料。
[0012]將焊球裝載在焊球載板的方法為:將焊球倒在水平放置的焊球載板上，晃動，使焊球自然滾落進入焊球槽內，全部到位后，傾斜焊球載板，將多余焊球倒入回收槽內，通過出口進行回收。
[0013]所述焊球槽的槽深大于焊球半徑，焊球槽的間距大于貼片機的最小拾取間距，回收槽的深度為5-7mm。
[0014]所述器件槽有四個,深度分別為lmm、2mm、3mm、4mm,每個器件槽的四周均對稱設置有用以供貼片機進行定位識別的定位點。
[0015]所述每個器件槽上下兩端分別設置有對稱的取件槽，左右兩端器件槽的外側共四個角點分別設置有加工工藝口 ；所述夾持部位的厚度小于其他部位。
[0016]本發明采用上述結構后，利用生產中已有的SMT貼片機設備，簡化BGA植球操作過程，因采用了 BGA植球貼片程序，該程序可適用所有BGA，無需制作專用的網板，節省了成本；同時，因省略了網板制作時間，生產響應速度快。另外，由于植球位置、壓力、速度均由高精度的貼片機自動控制，所有參數可控，植球質量高，可適應批量BGA植球。進一步，由于使用了標準的焊球，植球高度與全新器件一致，高度可還原，通用性強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的操作流程圖；
圖2是焊球載板的結構示意圖；
圖3是圖2中焊球載板沿A-A線的剖面圖；
圖4是圖3中圓圈區域焊球載板的局部放大圖；
圖5是BGA載板的結構不意圖；
圖6是BGA載板的側視圖；
圖7是BGA載板安裝在貼片機軌道上的俯視圖；
圖8是BGA載板安裝在貼面機軌道上的前視圖。
[0018]其中有:1.BGA載板；2.焊球載板；3.貼片機軌道；4.盤裝器件供料區；5.貼片機吸嘴；6.焊球槽；7.回收槽；8.焊球；9.器件槽；10.夾持部位；11.定位點；12.活動擋板；13.BGA ； 14.出口 ；15.隔條；16.取件槽；17.加工工藝口 ；18.夾持裝置；19.攝像頭。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體優選實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
[0020]如圖1所示，一種利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，包括以下步驟:
步驟A:編寫并生成BGA植球貼片程序。該BGA植球貼片程序，包括以下步驟:
I)數據讀取:讀取待植球的BGA的信息，包括BGA名稱、焊球間距(p)、焊球列數Xn、焊球行數Ym;數據讀取的方法可以人工輸入，也可以用自動掃描的方法。
[0021]2)數據處理:
a.根據焊球行數Ym、焊球列數Xn可計算出待植球的焊球8的個數為Xn*Ym個；
b.根據焊球行數Ym、焊球列數Xn和焊球間距(p)可計算出BGA焊盤上等間距排列的所有焊點(XruYm)的X、Y坐標，計算公式為Xn=(n_l)*p ;Ym=(m-l)*p,即焊點(Xn、Ym)對應坐標為((n-l)*p, (m-l)*p)；
c.順序遞增地生成各焊點編號Bz(位號)，其中z的取值范圍為:1?Xn*Ym ；
d.刪除不需的焊接焊點信息數據，包括焊點坐標及編號:因BGA焊盤排布均為等間距行列點，但并不是所有點都會有焊球8，這時需把不需要焊接的焊點信息數據，例如焊點坐標等刪除，刪除的方法在目前使用的所有貼片機中均可實現，這里就不再詳細表述。
[0022]3)數據執行:貼片機在識別了需焊接的焊點編號Bz、焊點X、Y坐標值(Xn、Ym)后，指令貼片機吸嘴5將焊球載板2上的焊球8擺放至BGA焊盤上的對應位置。
[0023]貼片機識別焊球8的焊點編號Bz、焊點X、Y坐標值的方法，可以在第c步驟之后，將完成的所有焊點坐標及對應編號導入貼片機，再在貼片機程序中刪除多余不需焊接的焊點坐標及編號；也可在刪除后，再將需焊接的焊點坐標及編號直接導入貼片機程序。
[0024]4)數據輸出:以貼片機可用文件格式輸出包括封裝名稱、X坐標、Y坐標、焊球角度和編號數據。
[0025]上述BGA植球貼片程序可對所有BGA適用，初次程序設定好后，后續更換BGA，只需重新輸入BGA信息，包括BGA名稱、焊球間距(P)、焊球列數Xn、焊球行數Ym等信息即可，編程幾分鐘即可完成，節省了網板的制作時間及費用，降低了生產成本，生產響應快。
[0026]本發明中的貼片機及貼片機吸嘴5需滿足下述要求:
貼片機，貼片精度需達到0.06mm以上，同時要有能夠貼裝托盤裝元器件的功能；如精度為 0.035mm 的法國 Europlacer IIneo IT 貼片機。
[0027]貼片機吸嘴5，為圓形或喇叭口形，內徑必須比焊球8直徑大，外徑需比焊球槽6間距小。
步驟B:將焊球8裝載在焊球載板2上。
[0028]焊球載板2，如圖2、圖3和圖4所示，包括設置于四周的回收槽7、出口 14及呈矩陣排列的用以放置焊球8的若干個焊球槽6。焊球槽6形狀為圓柱或圓柱錐底型，焊球槽6的槽深大于焊球8半徑，直徑為焊球8直徑的105%?110%，以保證貼片機吸嘴5在吸取時不會與焊球載板2產生干涉。焊球槽6的間距大于貼片機的最小拾取間距，數量在符合貼片機能力的前提下盡可能多，可大于3600個，以提高批量生產的效率；回收槽6的深度為5-7mm,在焊球回收時，可以確保焊球8不會彈跳出。
[0029]將焊球8裝載在焊球載板2的方法為:將罐裝的標準的焊球8大量倒在水平放置的焊球載板2上，小幅晃動，使焊球8自然滾落進入焊球槽6內，全部到位后，傾斜焊球載板
2,傾斜角度大約30°，將多余焊球8倒入回收槽7內，通過出口 14將多余焊球8回收至罐內。
[0030]步驟C:將裝滿焊球8的焊球載板2安裝在貼片機的盤裝器件供料區4上，如圖2所示；利用貼片機夾具自動加緊固定，安裝過程中不需增加其他夾具。
[0031]步驟D:將BGA 13安裝在BGA載板I上，并用活動擋板12進行固定。
[0032]BGA載板，如圖5所示，設置有供貼片機夾持的夾持部位10和4個不同深度的器件槽9 ;深度分別為lmm、2mm、3mm、4mm,每個器件槽9的四周均對稱設置有用以供貼片機進行定位識別的定位點11 ;每個器件槽9內設置有對應厚度的“L”形的活動擋板12 ;每個器件槽9之間設置有隔條15 ;所述BGA13放置于與其厚度對應的器件槽9內，并用對應厚度的活動擋板12進行固定。所述活動擋板12固定在器件槽9的方法，可以利用磁性固定，也可使用雙面膠固定，也可采用其他方法。
[0033]所述每個器件槽9上下兩端分別設置有對稱的取鍵槽16，方便取出BGA 13 ;左右兩端器件槽9的外側共四個角點分別設置有加工工藝口 17，以便BGA載板I加工時供銑刀走刀，此處可以為圓弧形，也可為直角形；所述夾持部位10的厚度小于其他部位，如圖6所
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[0034]上述4個l_4mm不同深度的器件槽9基本可適用目前所有厚度(4mm以內)以及所有尺寸(5-50mm)的BGA，通用性強，不需制作多種BGA載板I，降低了生產成本。
[0035]上述步驟B和D中的焊球載板2和BGA載板I，其制作材料均為合成石材料，該材料易加工、不變型，平整度高。
[0036]步驟E:將固定有BGA 13的BGA載板I放入貼片機軌道3，利用貼片機自身的夾持裝置18夾持BGA載板I的夾持部位10，向下壓緊進行固定與定位，如圖7及圖8所示。圖7中的箭頭方向表示貼片機軌道3的推進方向，圖8中的箭頭方向表示夾持裝置18的壓緊方向。
[0037]BGA載板I定位:通過移動安裝在貼片機械手臂上的攝像頭19，來識別放置有BGA13的器件槽9四周的白色的定位點11，進行精確定位。該定位點11也可以為涂抹有與BGA載板I (黑色)差異大的淺綠色、黃色等其它淺色。
[0038]步驟F:啟動貼片機，調用對應的BGA植球貼片程序，貼片機吸嘴5將步驟C中的焊球8貼裝在步驟E中的BGA焊盤上，進行植球；
步驟G:貼裝完成后，檢查每個BGA焊盤上的焊球8有無缺球、偏移和橋連；
步驟H:確認貼裝合格后，放至回流焊烘烤；
步驟1:植球完成。
[0039]上述步驟D中的器件槽9可以為2個、6個或其它數量，均在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:包括以下步驟: A、編寫并生成BGA植球貼片程序； B、將焊球(8)裝載在焊球載板(2)上； C、將裝滿焊球(8)的焊球載板(2)安裝在貼片機的盤裝器件供料區(4)上，并進行固定; DjfBGA (13)安裝在BGA載板(I)上，并用活動擋板(12)進行固定； E、將固定有BGA(13)的BGA載板(I)放入貼片機軌道(3)，并進行固定與定位； F、啟動貼片機，調用對應的BGA植球貼片程序，貼片機吸嘴(5)將步驟C中的焊球(8)貼裝在步驟E中的BGA焊盤上，進行植球； G、貼裝完成后，檢查每個BGA焊盤上的焊球(8)有無缺球、偏移和橋連； H、確認貼裝合格后，放至回流焊烘烤； 1、植球完成。
2.根據權利要求1所述的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:上述步驟A中的BGA植球貼片程序，包括以下步驟: 1)數據讀取:讀取待植球的BGA的信息，包括BGA名稱、焊球間距、焊球行數、焊球列數；` 2)數據處理: a.根據焊球行數、焊球列數計算出待植球的焊球的個數； b.根據焊球行數、焊球列數和焊球間距計算出BGA焊盤上各焊點的X、Y坐標； c.生成各焊點編號； d.刪除不需的焊接焊點信息數據，包括焊點坐標及編號； 3)數據執行:貼片機在識別了需焊接的焊點編號、焊點X、Y坐標值后，指令貼片機吸嘴(5)將焊球載板(2)上的焊球(8)擺放至BGA焊盤上的對應位置； 4)數據輸出:以貼片機可用文件格式輸出包括封裝名稱、X坐標、Y坐標、焊球角度和編號數據。
3.根據權利要求1所述的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:上述步驟B中的焊球載板(2)，包括設置于四周的回收槽(7)、出口(14)及呈矩陣排列的用以放置焊球(8)的若干個焊球槽(6)。
4.根據權利要求1所述的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:上述步驟D中的BGA載板(I )，設置有供貼片機夾持的夾持部位(10)和若干個不同深度的器件槽(9);每個器件槽(9)內設置有對應厚度的“L”形的活動擋板(12)，每個器件槽(9)之間設置有隔條(15);所述BGA (13)放置于與其厚度對應的器件槽(9)內，并用對應厚度的活動擋板(12)進行固定。
5.根據權利要求1所述的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:所述焊球載板(2 )和BGA載板(I)的制作材料為合成石材料。
6.根據權利要求3所述的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:將焊球(8 )裝載在焊球載板(2 )的方法為:將焊球(8 )倒在水平放置的焊球載板(2 )上，晃動，使焊球(8)自然滾落進入焊球槽￠)內，全部到位后，傾斜焊球載板(2)，將多余焊球(8)倒入回收槽(7)內，通過出口(14)進行回收。
7.根據權利要求3或6所述的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:所述焊球槽(6)的槽深大于焊球(8)半徑，焊球槽(6)的間距大于貼片機的最小拾取間距，回收槽(7)的深度為5-7_。
8.根據權利要求4所述的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:所述器件槽(9)有四個,深度分別為lmm、2mm、3mm、4mm,每個器件槽(9)的四周均對稱設置有用以供貼片機進行定位識別的定位點(11)。
9.根據權利要求4或8所述的利用SMT貼片機進行BGA植球的方法，其特征在于:每個器件槽(9)上下兩端分別設置有對稱的取件槽(16)，左右兩端器件槽(9)的外側共四個角點分別設置有加工工藝口 (17);所述夾持部位(10)的厚度小于其他部位。
【文檔編號】H05K3/34GK103429006SQ201310362531
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】吳鵬, 劉健, 吳 民, 楊濤, 劉剛, 張瑋 申請人:中國電子科技集團公司第十四研究所