CN103429006B - 一种利用smt贴片机进行bga植球的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用SMT贴片机进行BGA植球的方法：将装载焊球的焊球载板放置在贴片机的盘装器件供料区，将固定有BGA的BGA载板固定在贴片机轨道上，通过专用的BGA植球贴片程序，贴片机吸嘴将焊球封装在BGA焊盘上。该方法，利用生产中已有的SMT贴片机设备，简化了BGA植球操作过程，因采用了BGA植球贴片程序，该程序可适用所有BGA，无需制作专用的网板，节省了成本；同时，因省略了网板制作时间，生产响应速度快。另外，由于植球位置、压力、速度均由高精度的贴片机自动控制，所有参数可控，植球质量高，可适应批量BGA植球。进一步，由于使用了标准的焊球，植球高度与全新器件一致，高度可还原，通用性强。

Description

一种利用SMT贴片机进行BGA植球的方法

技术领域

本发明涉及BGA加工领域，尤其是一种利用SMT贴片机进行BGA植球的方法。

背景技术

在SMT装配技术中，球栅阵列封装元件（BGA）具有焊点数量众多且隐藏在封装之下的特点，致使难以对贴装质量进行控制，从而难于实现BGA的良好焊接。对贴装不良的BGA进行返修时，需将其拆卸，就必然造成BGA底部锡球损坏。要重新安装BGA，就必须要将焊球回复完整，方法就是重新植球。而任何植球方式第一步都需将BGA焊盘底部清理干净，只是在如何植球的方法上存在差异。

目前在国内外各SMT生产线所采取的植球方法主要有两种：

手工植球：利用镊子和滤网将锡球逐一摆放在需植球的BGA底部焊盘上，之后进行回流焊。此方式的缺点是效率低，焊球的数量众多时不易操作，锡球摆放稍有偏差就易造成后续回流焊中锡焊接不良，对操作者要求高，不够灵活，不能适用于多个BGA植球。

植球器植球：常见的植球器一般由一块网板和一套夹具组成，网板开孔位置与BGA底部焊盘匹配，孔径一般比球径大一些，夹具用于固定好BGA和网板，使其紧密配合不会晃动，接着将焊球均匀地散播在网板上，摇晃植球器，然后将焊球滚到网板的开孔中，使网板开孔位置的每个孔均滚有一个焊球后，最后将多余的焊球滚到网板边缘，通过预留开口倒出，最后将植球器整体进行回流焊，之后将BGA从植球器中取出。此方法比手工植球成功率高，速度快；缺点是需要针对每种不同的BGA购买或制作与之对应的网板，而BGA的常用封装就有上百种，并且不断有新封装产生，成本高昂且网板制作至少需要2-3天，生产响应速度慢。另外，网板的网孔大于焊球直径，进行焊球网板脱模时，易导致焊球位置不固定，脱模后仍需人工调整，否则可能导致在回流焊时植球失败。

2013年1月16日第201210346219.8号中国发明专利，揭示了一种BGA植球工艺，利用印刷机、载具、钢网、锡膏，进行批量植球。该发明生产相应速度较快，成本较低，但因采用了锡膏进行植球，由于钢网厚度和焊盘开孔直径限制了焊膏量，会导致返修后的BGA与原封装的BGA高度差距较大，焊球的高度无法还原，对于需要有器件高度配合的工艺来说无法使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种操作简单方便、能适应大批量生产、生产效率高、成本低、高度可还原的利用SMT贴片机进行BGA植球的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，包括以下步骤：

A、编写贴片机植球专用软件，用于生成BGA植球贴片程序；

B、将焊球装载在焊球载板上；

C、将装满焊球的焊球载板安装在贴片机的盘装器件供料区上，并进行固定；

D、将BGA安装在BGA载板上，并用活动挡板进行固定；

E、将固定有BGA的BGA载板放入贴片机轨道，并进行固定与定位；

F、启动贴片机，调用对应的BGA植球贴片程序，贴片机吸嘴将步骤C中的焊球贴装在步骤E中的BGA焊盘上，进行植球；

G、贴装完成后，检查每个BGA焊盘上的焊球有无缺球、偏移和桥连；

H、确认贴装合格后，放至回流焊烘烤；

I、植球完成。

上述步骤A中的BGA植球贴片程序包括以下步骤：

1)数据读取：读取待植球的BGA的信息，包括BGA名称、焊球间距、焊球行数、焊球列数；

2)数据处理：

a. 根据焊球行数、焊球列数计算出待植球的焊球的个数；

b. 根据焊球行数、焊球列数和焊球间距计算出BGA焊盘上各焊点的X、Y坐标；

c. 根据焊球行数和对应坐标生成各焊点编号；

d. 删除不需的焊接焊点信息数据，包括焊点坐标及编号；

3)数据执行：贴片机在识别了需焊接的焊点编号、焊点X、Y坐标值后，指令贴片机吸嘴将焊球载板上的焊球摆放至BGA焊盘上的对应位置；

4)数据输出：以贴片机可用文件格式输出包括封装名称、X坐标、Y坐标、角度和编号数据。

上述步骤B中的焊球载板，包括设置于四周的回收槽、出口及呈矩阵排列的用以放置焊球的若干个焊球槽。

上述步骤D中的BGA载板，设置有供贴片机夹持的夹持部位和若干个不同深度的器件槽；每个器件槽内设置有对应厚度的“L”形的活动挡板，每个器件槽之间设置有隔条；所述BGA放置于与其厚度对应的器件槽内，并用对应厚度的活动挡板进行固定。

所述焊球载板和BGA载板的制作材料为合成石材料。

将焊球装载在焊球载板的方法为：将焊球倒在水平放置的焊球载板上，晃动，使焊球自然滚落进入焊球槽内，全部到位后，倾斜焊球载板，将多余焊球倒入回收槽内，通过出口进行回收。

所述焊球槽的槽深大于焊球半径，焊球槽的间距大于贴片机的最小拾取间距，回收槽的深度为5-7mm。

所述器件槽有四个，深度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，每个器件槽的四周均对称设置有用以供贴片机进行定位识别的定位点。

所述每个器件槽上下两端分别设置有对称的取件槽，左右两端器件槽的外侧共四个角点分别设置有加工工艺口；所述夹持部位的厚度小于其他部位。

本发明采用上述结构后，利用生产中已有的SMT贴片机设备，简化BGA植球操作过程，因采用了BGA植球贴片程序，该程序可适用所有BGA，无需制作专用的网板，节省了成本；同时，因省略了网板制作时间，生产响应速度快。另外，由于植球位置、压力、速度均由高精度的贴片机自动控制，所有参数可控，植球质量高，可适应批量BGA植球。进一步，由于使用了标准的焊球，植球高度与全新器件一致，高度可还原，通用性强。

附图说明

图1是本发明的操作流程图；

图2是焊球载板的结构示意图；

图3是图2中焊球载板沿A-A线的剖面图；

图4是图3中圆圈区域焊球载板的局部放大图；

图5是BGA载板的结构示意图；

图6是BGA载板的侧视图；

图7是BGA载板安装在贴片机轨道上的俯视图；

图8是BGA载板安装在贴面机轨道上的前视图。

其中有：1.BGA载板；2.焊球载板；3.贴片机轨道；4.盘装器件供料区；5.贴片机吸嘴；6.焊球槽；7.回收槽；8.焊球；9.器件槽；10.夹持部位；11.定位点；12.活动挡板；13.BGA；14.出口；15.隔条；16.取件槽；17.加工工艺口；18.夹持装置；19.摄像头。

具体实施方式

下面结合附图和具体优选实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示， 一种利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，包括以下步骤：

步骤A：编写并生成BGA植球贴片程序。该BGA植球贴片程序，包括以下步骤：

1)数据读取：读取待植球的BGA的信息，包括BGA名称、焊球间距（p）、焊球列数Xn、焊球行数Ym；数据读取的方法可以人工输入，也可以用自动扫描的方法。

2)数据处理：

a. 根据焊球行数Ym、焊球列数Xn可计算出待植球的焊球8的个数为Xn*Ym个；

b. 根据焊球行数Ym、焊球列数Xn和焊球间距（p）可计算出BGA焊盘上等间距排列的所有焊点（Xn、Ym）的X、Y坐标,计算公式为Xn=(n-1)*p；Ym=(m-1)*p,即焊点（Xn、Ym）对应坐标为（(n-1)*p，(m-1)*p）；

c. 顺序递增地生成各焊点编号Bz（位号），其中z的取值范围为：1～Xn*Ym；

d. 删除不需的焊接焊点信息数据，包括焊点坐标及编号：因BGA焊盘排布均为等间距行列点，但并不是所有点都会有焊球8，这时需把不需要焊接的焊点信息数据，例如焊点坐标等删除，删除的方法在目前使用的所有贴片机中均可实现，这里就不再详细表述。

3)数据执行：贴片机在识别了需焊接的焊点编号Bz、焊点X、Y坐标值（Xn、Ym）后，指令贴片机吸嘴5将焊球载板2上的焊球8摆放至BGA焊盘上的对应位置。

贴片机识别焊球8的焊点编号Bz、焊点X、Y坐标值的方法，可以在第c步骤之后，将完成的所有焊点坐标及对应编号导入贴片机，再在贴片机程序中删除多余不需焊接的焊点坐标及编号；也可在删除后，再将需焊接的焊点坐标及编号直接导入贴片机程序。

4)数据输出：以贴片机可用文件格式输出包括封装名称、X坐标、Y坐标、焊球角度和编号数据。

上述BGA植球贴片程序可对所有BGA适用,初次程序设定好后,后续更换BGA,只需重新输入BGA信息，包括BGA名称、焊球间距（p）、焊球列数Xn、焊球行数Ym等信息即可, 编程几分钟即可完成，节省了网板的制作时间及费用，降低了生产成本，生产响应快。

本发明中的贴片机及贴片机吸嘴5需满足下述要求：

贴片机，贴片精度需达到0.06mm以上，同时要有能够贴装托盘装元器件的功能；如精度为0.035mm的法国Europlacer IIneo 1T贴片机。

贴片机吸嘴5，为圆形或喇叭口形，内径必须比焊球8直径大，外径需比焊球槽6间距小。

步骤B：将焊球8装载在焊球载板2上。

焊球载板2，如图2、图3和图4所示，包括设置于四周的回收槽7、出口14及呈矩阵排列的用以放置焊球8的若干个焊球槽6。焊球槽6形状为圆柱或圆柱锥底型，焊球槽6的槽深大于焊球8半径，直径为焊球8直径的105%～110%，以保证贴片机吸嘴5在吸取时不会与焊球载板2产生干涉。焊球槽6的间距大于贴片机的最小拾取间距，数量在符合贴片机能力的前提下尽可能多，可大于3600个，以提高批量生产的效率；回收槽6的深度为5-7mm，在焊球回收时，可以确保焊球8不会弹跳出。

将焊球8装载在焊球载板2的方法为：将罐装的标准的焊球8大量倒在水平放置的焊球载板2上，小幅晃动，使焊球8自然滚落进入焊球槽6内，全部到位后，倾斜焊球载板2，倾斜角度大约30°，将多余焊球8倒入回收槽7内，通过出口14将多余焊球8回收至罐内。

步骤C：将装满焊球8的焊球载板2安装在贴片机的盘装器件供料区4上，如图2所示；利用贴片机夹具自动加紧固定，安装过程中不需增加其他夹具。

步骤D：将BGA 13安装在BGA载板1上，并用活动挡板12进行固定。

BGA载板，如图5所示，设置有供贴片机夹持的夹持部位10和4个不同深度的器件槽9；深度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，每个器件槽9的四周均对称设置有用以供贴片机进行定位识别的定位点11；每个器件槽9内设置有对应厚度的“L”形的活动挡板12；每个器件槽9之间设置有隔条15；所述BGA13放置于与其厚度对应的器件槽9内，并用对应厚度的活动挡板12进行固定。所述活动挡板12固定在器件槽9的方法，可以利用磁性固定，也可使用双面胶固定，也可采用其他方法。

所述每个器件槽9上下两端分别设置有对称的取键槽16，方便取出BGA 13；左右两端器件槽9的外侧共四个角点分别设置有加工工艺口17，以便BGA载板1加工时供铣刀走刀，此处可以为圆弧形，也可为直角形；所述夹持部位10的厚度小于其他部位，如图6所示。

上述4个1-4mm不同深度的器件槽9基本可适用目前所有厚度（4mm以内）以及所有尺寸（5-50mm）的BGA，通用性强，不需制作多种BGA载板1，降低了生产成本。

上述步骤B和D中的焊球载板2和BGA载板1，其制作材料均为合成石材料，该材料易加工、不变型，平整度高。

步骤E：将固定有BGA 13的BGA载板1放入贴片机轨道3，利用贴片机自身的夹持装置18夹持BGA载板1的夹持部位10，向下压紧进行固定与定位，如图7及图8所示。图7中的箭头方向表示贴片机轨道3的推进方向，图8中的箭头方向表示夹持装置18的压紧方向。

BGA载板1定位：通过移动安装在贴片机械手臂上的摄像头19，来识别放置有BGA13的器件槽9四周的白色的定位点11，进行精确定位。该定位点11也可以为涂抹有与BGA载板1（黑色）差异大的浅绿色、黄色等其它浅色。

步骤F：启动贴片机，调用对应的BGA植球贴片程序，贴片机吸嘴5将步骤C中的焊球8贴装在步骤E中的BGA焊盘上，进行植球；

步骤G：贴装完成后，检查每个BGA焊盘上的焊球8有无缺球、偏移和桥连；

步骤H：确认贴装合格后，放至回流焊烘烤；

步骤I：植球完成。

上述步骤D中的器件槽9可以为2个、6个或其它数量，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、编写并生成BGA植球贴片程序；

B、将焊球（8）装载在焊球载板（2）上；

C、将装满焊球（8）的焊球载板（2）安装在贴片机的盘装器件供料区（4）上，并进行固定；

D、将BGA（13）安装在BGA载板（1）上，并用活动挡板（12）进行固定；本步骤中的BGA载板（1），设置有供贴片机夹持的夹持部位（10）和若干个不同深度的器件槽（9）；每个器件槽（9）内设置有对应厚度的“L”形的活动挡板（12），每个器件槽（9）之间设置有隔条（15）；所述BGA（13）放置于与其厚度对应的器件槽（9）内，并用对应厚度的活动挡板（12）进行固定；

E、将固定有BGA（13）的BGA载板（1）放入贴片机轨道（3），并进行固定与定位；

F、启动贴片机，调用对应的BGA植球贴片程序，贴片机吸嘴（5）将步骤C中的焊球（8）贴装在步骤E中的BGA焊盘上，进行植球；

G、贴装完成后，检查每个BGA焊盘上的焊球（8）有无缺球、偏移和桥连；

H、确认贴装合格后，放至回流焊烘烤；

I、植球完成。

2.根据权利要求1所述的利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，其特征在于：上述步骤A中的BGA植球贴片程序，包括以下步骤：

1)数据读取：读取待植球的BGA的信息，包括BGA名称、焊球间距、焊球行数、焊球列数；

2)数据处理：

a. 根据焊球行数、焊球列数计算出待植球的焊球的个数；

b. 根据焊球行数、焊球列数和焊球间距计算出BGA焊盘上各焊点的X、Y坐标；

c. 生成各焊点编号；

d. 删除不需的焊接焊点信息数据，包括焊点坐标及编号；

3)数据执行：贴片机在识别了需焊接的焊点编号、焊点X、Y坐标值后，指令贴片机吸嘴（5）将焊球载板（2)上的焊球（8）摆放至BGA焊盘上的对应位置；

4)数据输出：以贴片机可用文件格式输出包括BGA名称、X坐标、Y坐标、焊球角度和编号数据。

3.根据权利要求1所述的利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，其特征在于： 上述步骤B中的焊球载板（2），包括设置于四周的回收槽（7）、出口（14）及呈矩阵排列的用以放置焊球（8）的若干个焊球槽（6）。

4.根据权利要求1所述的利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，其特征在于：所述焊球载板（2）和BGA载板（1）的制作材料为合成石材料。

5.根据权利要求3所述的利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，其特征在于：将焊球（8）装载在焊球载板（2）的方法为：将焊球（8）倒在水平放置的焊球载板（2）上，晃动，使焊球（8）自然滚落进入焊球槽(6)内，全部到位后，倾斜焊球载板（2），将多余焊球（8）倒入回收槽（7）内，通过出口（14）进行回收。

6.根据权利要求3或5所述的利用SMT贴片机进行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）半径，焊球槽（6）的间距大于贴片机的最小拾取间距，回收槽（7）的深度为5-7mm。

7.根据权利要求1所述的利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，其特征在于：所述器件槽（9）有四个，深度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，每个器件槽（9）的四周均对称设置有用以供贴片机进行定位识别的定位点（11）。

8.根据权利要求1或7所述的利用SMT贴片机进行BGA植球的方法，其特征在于：每个器件槽（9）上下两端分别设置有对称的取件槽（16），左右两端器件槽（9）的外侧共四个角点分别设置有加工工艺口（17）；所述夹持部位（10）的厚度小于其他部位。