CN102441865B - 一种染色试验中撬起bga的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种染色试验中撬起BGA的装置，用于分离BGA和印制板，它包括固紧导向螺栓、导向座和第一底座，导向座叠接在第一底座的上方，在导向座内设置可上下移动的内置螺纹套筒，该内置螺纹套筒与第一底座贯通，固紧导向螺栓依次穿过内置螺纹套筒和第一底座，固紧导向螺栓露出的根部用于与BGA表面浇注包封，固紧导向螺栓露出的尾部套上小螺母，该小螺母置于内置螺纹套筒的上方，内置螺纹套筒外嵌套大螺母，该大螺母的下端面与导向座的上端面相接触，第一底座的下部用于与印制板抵接。本发明还公开了一种染色试验中撬起BGA的方法。
Description
技术领域
本发明涉及球栅阵列(BGA)与印制板的分离技术，尤其涉及一种染色试验中撬起BGA的方法及装置。
背景技术
球栅阵列(BGA)封装由于其效率、功能等方面的优势已经广泛应用于各种电子产品；而在中低档的电子产品中，由于考虑到设计成本的因素，仍然广泛的采用了回流焊和波峰焊双面混装的工艺路线。由于波峰焊工艺带来的对PCBA组件的瞬时温度冲击以及局部热应力问题，给BGA的应用带来了一定的质量和可靠性问题。据有关机构研究统计，电子产品的故障缺陷中焊点失效的比例高达80％以上，这使得小型化、高密度化的电子组装面临着越来越大的挑战。另外，全球电子产品无铅化法规的推出，对各电子企业的原有铅工艺向无铅化工艺的转变中的质量控制也带来了诸多的问题。
目前，为保证电子组装的质量，针对BGA焊接质量的全面检测，各种门类的测试和分析也得到了不同程度的重视和关注。X射线检测、ICT测试、显微剖切、三维检测、染色试验等方式均得到了不同程度的应用。但鉴于成本上的考虑，染色试验成为一种最常用的手段，即用渗透性、着色性强的染料渗入BGA内部焊接点中，经过抽真空烘干后，在锡球锡裂的缺陷点造成着色，再用机械应力拔开BGA焊接封装，形成明显易观测的缺陷证据。通过对锡球断裂面的观察，分析焊点断裂的面积、形状与分布状况(应力集中位置)来确认其内部锡球的焊接面质量信息，提供设计与组装工艺工程师故障分析或优化参考。
染色评价试验过程中，着色之后需用机械应力将BGA器件拔开，传统的机械分离方法有三种：(1)用夹钳将元件夹住，并垂直将板面拉起。电子产品向小型化、薄型化发展，用夹钳夹住BGA的垂直拉拔法，难以紧紧夹住厚度很薄的BGA器件，拔开需要多次进行，直接用夹钳夹住BGA的边缘容易对其造成损伤，也不能保证每次都能够将BGA整个拔起，可能出现BGA对半折断的情况，BGA封装料可能被夹脱落，其下方的焊球却依然附着在印制板上，因此，不能全面的评价BGA的焊接质量。(2)反复弯曲印制板(PCB)将BGA去除。反复弯曲印制板将BGA去除的方法很费时，而且成功率不高，除非BGA的焊球存在非常大面积的断裂面，焊接质量非常差、不牢靠，才有可能在简单重复的多次弯曲印制板的过程中就将BGA和PCB分离。(3)用普通的刀橇BGA。用普通的刀橇BGA每次只能从BGA的一个角落或者一侧边缘入手撬起进行分离，想通过该方法将整个BGA从PCB上分离出来，难度非常大，很难获得完整的分离面，可能出现与刀尖接触的区域范围内的BGA已经局部分离脱落，但是远离刀尖的区域则仍然焊接在PCB板上的情况。上述三种机械方法的结果虽然能够将BGA器件从PCB板上分离，但是效果并不好，费劲、费时且经常弄坏BGA，影响后续对BGA焊接质量的观察分析。
现有的机械分离方法并不能很好地解决BGA染色后起拔的问题，需要一种新的、行之有效的方法及装置来实现BGA与印制板的分离，以便更好的利用染色试验评价BGA焊接质量。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种染色试验中撬起BGA的方法及装置，解决染色试验中现有机械分离方法不能很好地实现BGA染色后与印制板起拔分离的问题。
为了实现上述目的，本发明的一种染色试验中撬起BGA的装置的技术方案为：一种染色试验中撬起BGA的装置，用于分离BGA和印制板，包括固紧导向螺栓、导向座和第一底座，导向座叠接在第一底座的上方，在导向座内设置可上下移动的内置螺纹套筒，该内置螺纹套筒与第一底座贯通，固紧导向螺栓依次穿过内置螺纹套筒和第一底座，固紧导向螺栓露出的根部用于与BGA表面浇注包封，固紧导向螺栓露出的尾部套上小螺母，该小螺母置于内置螺纹套筒的上方，内置螺纹套筒外嵌套大螺母，该大螺母的下端面与导向座的上端面相接触，第一底座的下部用于与印制板抵接。
优选地，该装置还包括第二底座，该第二底座连接在第一底座中并与印制板抵接。
本发明的一种染色试验中撬起BGA的方法，它包括如下步骤：(1)将固紧导向螺栓的根部贴紧BGA器件的上封装表面摆放，固紧导向螺栓尾端朝上竖立，利用环氧树脂将固紧导向螺栓的根部与BGA表面浇注包封起来，第一底座的下部与印制板抵接；(2)等环氧树脂完全固化后，将已经牢牢附着在BGA器件表面的固紧导向螺栓的尾端插进内置螺纹套筒，给穿过内置螺纹套筒后外露的螺栓部分套上小螺母并拧紧，小螺母置于内置螺纹套筒的上方；(3)顺时针旋转与内置螺纹套筒嵌套的大螺母，使内置螺纹套筒在导向座内向上运动，固紧导向螺栓也随着内置螺纹套筒向上运动，与此同时，第一底座给印制板施加向下压力；(4)在环氧树脂固封作用力、大螺母旋转施加力及第一底座下压施加力作用下，BGA与印制板的运动方向是相反的，最终BGA与印制板被拉脱，实现两者的分离。
优选地，从固紧导向螺栓根部起，固封的环氧树脂高度约为1～2cm。
优选地，第二底座连接在第一底座中并与印制板抵接，增加底座与印制板的接触面积，均衡向下的施加力。
与现有技术相比：本发明能够解决染色试验后BGA起拔过程费时、费劲、BGA易损坏而影响后续观察分析、焊接质量难断定的问题，能够方便地将染色后的BGA与印制板分离，明显的显示出BGA焊点裂缝的分布情况。整个撬起过程中不会对BGA造成机械损伤，有助于染色试验更简单易行的完整操作，对检验BGA组装工艺时更高效。特别是，在电子产品无铅化的过程中，为了找到能很好代替锡铅的焊料，业界对各种新型的材料进行大量的可靠性试验，试验后常用染色试验来展示焊点的耐久性，本发明也有利于上述试验的开展。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。
附图说明
图1本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的染色试验中撬起BGA的装置包括固紧导向螺栓101、小螺母102、导向座201、内置螺纹套筒202)、大螺母203、第一底座301、第二底座302、七个短M4螺栓401；导向座与第一底座之间、第一底座与第二底座之间通过短M4螺栓连接，导向座叠接在第一底座的上方，内置螺纹套筒设置在导向座内并可上下移动，该内置螺纹套筒与第一底座贯通，固紧导向螺栓依次穿过内置螺纹套筒和第一底座，固紧导向螺栓露出的根部用于与BGA表面浇注包封，固紧导向螺栓露出的尾部套上小螺母，该小螺母置于内置螺纹套筒的上方，内置螺纹套筒外嵌套大螺母，该大螺母的下端面与导向座的上端面相接触，第一底座的下部与印制板抵接，第二底座连接在第一底座内并与印制板抵接，增大了与印制板的接触面积，均衡了向下的施加力。
将染色之后BGA撬起的具体实施方法和过程如下：
(1)样品固封：染色BGA样品(此时BGA和印制板尚未分离)从烘箱中取出后进行室温下放置，直至完全冷却后，将撬起装置的固紧导向螺栓101的根部贴紧BGA器件的上封装表面摆放，固紧导向螺栓101尾端朝上竖立。利用环氧树脂将固紧导向螺栓101的根部与BGA表面浇注包封起来(即样品固封)，固封的环氧树脂高度约为1～2cm(从螺栓根部算起)。此时的固紧导向螺栓101和BGA以及印制板构成一个整体。
(2)撬起过程：等环氧树脂完全固化后，将已经牢牢附着在BGA器件表面的固紧导向螺栓101的尾端插进撬起装置中内置螺纹套筒202的中间通孔，螺栓尾部外露。给穿过该通孔后外露的螺栓部分套上小螺母102并拧紧，小螺母102置于内置螺纹套筒202的上方。顺时针旋转与导向座内置螺纹套筒202嵌套的大螺母203，使导向座内置螺纹套筒202(可在导向座内向上或向下活动，由大螺母控制)向上运动。由于固紧导向螺栓101被小螺母锁紧102嵌于内置螺纹套筒202之中。因此，固紧导向螺栓101也随着内置螺纹套筒202的向上运动而往上运动。而由样品固封过程中可知，BGA已经通过环氧树脂而紧紧的和固紧导向螺栓101固封在一起。所以，BGA也将随着固紧导向螺栓101的向上运动而往上运动。与此同时，撬起装置的第一底座301和第二底座302给印制板施加了向下压力。在环氧树脂固封作用力、“大螺母旋转施加力-向上提拔”及“底座下压施加力-向下压紧”这三种作用力的作用下，BGA与印制板的运动方向是相反的，最终BGA与印制板将被拉脱、实现两者的分离。
(3)结果处理并观察分析：BGA和印制板分离之后，将印制板拿到显微镜下可对印制板上的焊球断面进行观察分析，并对染料渗入的焊点位置进行记录。BGA上焊球的观察则是：先松开小螺母102，将固紧导向螺栓101从内置螺纹套筒202中取出来，得到的是固紧导向螺栓101与BGA构成的一个整体(BGA已经与印制板分离)。再用二甲基甲酰胺将环氧树脂泡掉，固紧导向螺栓101)与BGA也实现了分离。则可以将BGA拿到显微镜下对其上的焊球断裂面进行观察分析，，并对染料渗入的焊点位置进行记录。至此，BGA及印制板上的焊球均可以被观察及分析焊接质量了。
下面是一完整的可靠性测试实例：回流焊和波峰焊双面混装印制板的BGA封装经历了波峰焊工艺之后，在可靠性测试中出现了较多的早期失效，通过失效模式确认、故障定位初步判断为BGA的焊点附近出现了开路失效。利用X-ray等无损分析手段没有发现BGA焊点的明显异常。对该BGA器件采取染色撬起和断口分析试验(具体过程如(1)～(11)所示)，发现大多数焊点出现平整的脆性断口，且整个断口被红色染色剂染色，证实该位置的焊点在撬起之前已经完全分离，分离界面为封装基板侧和焊点之间。染色剂的分布显示，部分焊点在撬起试验之前出现了全部或者部分的断裂。通过对断裂面的观察，直接有效地确认了BGA内部锡球的焊接面质量信息，为设计与组装工艺工程师提供故障分析或优化参考。BGA染色试验的过程如步骤(1)～(11)所示。
(1)将所关注的元器件同印制板上周围的部件分开大约1.5in到2in；
(2)用溶剂清洁BGA焊料突块周围的残余助焊剂。去除所有残余助焊剂和其他微粒物或油污使染料更容易渗入到裂纹处，没有完全清除BGA突块周围的助焊剂会妨碍染料渗入，这样将会给出错误的指示；
(3)用水进行漂洗(如果需要，也可以使用异丙醇)，并将样品烘干；
(4)将分离出来的样品浸入染料中；
(5)将样品连带容器进行抽真空3～4分钟。为了帮助染料渗入，可进行抽真空多次；
(6)关掉真空泵，在真空状态把样品在染料中放置几分钟；
(7)放掉剩余的真空，将样品取出，并将多余的染料去掉；
(8)将样品在100℃条件下烘烤30分钟左右，具体时间也可根据容器和样品上的染料量来决定。染料必须完全烘干，否则会造成错误的结论；
(9)将样品从烘箱中取出后进行室温下放置，直至完全冷却；
(10)用本发明的撬起方法及装置(步骤详见前面内容的阐述)将元器件去除；
(该法替代了原来的“机械方式(如夹钳、反复弯曲印制板等)”)；
(11)最后通过目视或显微镜进行检查，并记录。
本发明的优点如下：(1)能够将BGA完整的从印制板上拔起，实现完整分离，可全面观察BGA的焊接质量；(2)不会给BGA带入其他额外的机械损伤，BGA也不会出现对半折断或者局部分离脱落的情况；(3)BGA撬起过程所需的机械力由撬起装置的组成零部件搭配运作而产生，简单易行、减少了对操作者身体素质的要求；(4)撬起装置采用可装卸的连接方法，使得该装置操作简便、安全，避免了使用刀具分离BGA时不小心会受伤的意外发生；(5)可适合于不同尺寸规格的BGA器件，最大面积约为64cm2。
Claims (5)
1.一种染色试验中撬起BGA的装置，用于分离BGA和印制板,其特征在于，包括固紧导向螺栓、导向座和第一底座，导向座叠接在第一底座的上方，在导向座内设置可上下移动的内置螺纹套筒，该内置螺纹套筒与第一底座贯通，固紧导向螺栓依次穿过内置螺纹套筒和第一底座，固紧导向螺栓露出的根部用于与BGA表面浇注包封，固紧导向螺栓露出的尾部套上小螺母，该小螺母置于内置螺纹套筒的上方，内置螺纹套筒外嵌套大螺母，该大螺母的下端面与导向座的上端面相接触，第一底座的下部用于与印制板抵接。
2.根据权利要求1所述的染色试验中撬起BGA的装置，其特征在于，它还包括第二底座，该第二底座连接在第一底座中并与印制板抵接。
3.一种染色试验中撬起BGA的方法，利用权利要求1的装置将染色之后的BGA撬起，其特征在于，它包括如下步骤：
(1)将固紧导向螺栓的根部贴紧BGA器件的上封装表面摆放，固紧导向螺栓尾端朝上竖立，利用环氧树脂将固紧导向螺栓的根部与BGA表面浇注包封起来，第一底座的下部与印制板抵接；
(2)等环氧树脂完全固化后，将已经牢牢附着在BGA器件表面的固紧导向螺栓的尾端插进内置螺纹套筒，给穿过内置螺纹套筒后外露的螺栓部分套上小螺母并拧紧，小螺母置于内置螺纹套筒的上方；
(3)顺时针旋转与内置螺纹套筒嵌套的大螺母，使内置螺纹套筒在导向座内向上运动，固紧导向螺栓也随着内置螺纹套筒向上运动，与此同时，第一底座给印制板施加向下压力；
(4)在环氧树脂固封作用力、大螺母旋转施加力及第一底座下压施加力作用下，BGA与印制板的运动方向是相反的，最终BGA与印制板被拉脱，实现两者的分离。
4.根据权利要求3所述的染色试验中撬起BGA的方法，其特征在于，从固紧导向螺栓根部起，固封的环氧树脂高度为1～2cm。
5.根据权利要求3所述的染色试验中撬起BGA的方法，其特征在于，第二底座连接在第一底座中并与印制板抵接，增加底座与印制板的接触面积，均衡向下的施加力。
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