CN105007695B - 一种印制板加工中的lga焊接工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种印制板加工中的LGA焊接工艺方法，步骤包括：制作LGA印刷用固定治具及小漏板；对LGA进行烘烤除湿处理；利用LGA印刷用固定治具及小漏板对LGA印刷锡膏；过回流炉，对LGA上锡膏进行回流；用全自动印刷机在印制板上印刷锡膏；用贴片机对LGA进行贴装；对LGA进行回流焊接；X‑RAY检测。本发明能够满足批量生产时一次直通率的要求，减少少锡漏洞，大的空洞和连锡等产品质量问题，减少返修，节约成本，从而将LGA的使用达到一个更新更高的领域，具有较大的市场价值和应用前景。

Description

一种印制板加工中的LGA焊接工艺方法

技术领域

本发明涉及印制板加工工艺，特别涉及一种印制板加工中的LGA焊接工艺。

背景技术

国内外军工、航天用的印制电路板(PCBA)中，LGA作为稳定的电源输出芯片已经广泛应用。LGA由于体积小，纹波小的电源输出特点，比其它集成电源和分立式电源更容易设计和掌控。但由于LGA封装形式特殊，电装要得到好的品质和可靠度一直是此方面的技术难点，目前国内电装LGA器件还主要使用在印制板上印刷上锡膏后贴装回流的普通焊接模式，此种焊接方法，会造成少锡，大的空洞和连锡等多种产品质量问题，致使LGA功能无法实现和可靠度下降，返修率较高，成本也因此提升，因此改善印制板加工中LGA焊接工艺，寻找能够提升LGA的焊接直通率的加工方法成为印制板加工工艺中必然的发展方向。

对于主要从事军工航天类产品印制电路板的焊接业务以及进行各种高质量、高可靠性的多层印制电路板组装业务的加工企业或科研单位而言，此类印制板电源部分用到的LGA类器件繁多，因进行加工的PCBA主要以小批量，多品种为主，更需高要求的焊接水平和一次性的成功率，而LGA的焊接良好品质与可靠度，正是目前焊接技术的一大难点。如何保值保量完成任务，实现产品功能和通过各种苛刻环境中的可靠度实验，是当前面临的巨大挑战。

发明内容

本发明提供了一种印制板加工中的LGA焊接工艺方法，可解决PCBA生产加工中LGA焊接加工小批量质量问题，更可解决批量生产时一次直通率的要求，能够减少少锡漏洞，大的空洞和连锡等产品质量问题，减少返修，从而节约成本，提升客户满意度。

本发明的技术方案如下：

一种印制板加工中的LGA焊接工艺方法，包括如下步骤：

步骤1，制作LGA印刷用固定治具及小漏板：

根据LGA的外形大小和底部端子情况，预先制作LGA印刷用固定治具及小漏板；

步骤2，对LGA进行烘烤除湿处理：

使用温度控制精度为±1℃的鼓风干燥箱对LGA进行125℃、24H的除湿处理，确保LGA内部湿气去除干净；

步骤3，利用LGA印刷用固定治具及小漏板对LGA印刷锡膏：

利用固定治具一次性固定单个或多个LGA，然后在LGA上固定小漏板进行锡膏漏印；

步骤4，过回流炉，对LGA上锡膏进行回流：

将印好锡膏的LGA进行回流处理，使LGA表面均匀的覆盖上一层锡，锡与LGA焊盘之间形成良好的合金层；

步骤5，用全自动印刷机在印制板上印刷锡膏：

使用全自动印刷机，通过钢网漏印，在需要焊接LGA的印制板上印刷好锡膏，并检查每个焊盘覆盖达90％以上；

步骤6，用贴片机对LGA进行贴装：

用贴片机对PCB进行编程，贴片；

步骤7，对LGA进行回流焊接：

将已经贴装好的PCBA放入回流炉进行回流；

步骤8，X-RAY检测：

将LGA放入X-RAY进行测试。

其进一步的技术方案为：所述固定治具的主体为一块与所要固定的LGA厚度相等的平面钢板，所述平面钢板上开设有一个或者多个与所要固定的LGA的外形相一致的缺口，所述LGA为单个LGA或者多个LGA连接组成的阵列；当LGA固定在固定治具上时，将LGA通过卡接方式嵌入所述固定治具上相应的缺口中。

其进一步的技术方案为：所述小漏板的主体为一块面积不小于所要漏印锡膏的LGA的平面钢片，所述平面钢片上挖去与LGA底部端子分布对应的镂空，所述LGA为单个LGA或者多个LGA连接组成的阵列；当小漏板覆盖在LGA上时，小漏板上的镂空与LGA底部端子位置一一对应，所述镂空处即为需要漏印锡膏的部分，小漏板的其余部分用来遮蔽LGA；用胶带将小漏板与固定治具粘合。

其进一步的技术方案为：在步骤4和步骤7进行回流之前，首先要确定LGA回流的最佳工艺参数；将回流炉分为不同温度的多个温区，设定各温区的温度上限与温度下限，并设定LGA的传送速度；使LGA以设定的传送速度依次经过各温区，在此过程中，对LGA上的一个或多个测试点的温度进行测试，将测试的结果绘制成时间-温度曲线，根据所述时间-温度曲线，获得各测试点的以下参数：曲线斜率、保温时间、回流时间、最高温度，将上述参数分别与规定值比较，判断是否在规定值允许的偏差范围之内；若测试通过，则所设各温区的温度上限、温度下限以及LGA的传送速度值即为所述最佳工艺参数；若测试未通过，则重新设定各温区的温度上限、温度下限以及LGA的传送速度值，直至通过测试。

本发明的有益技术效果是：

由于LGA体积小，重量轻，输出电源稳定，纹波小，外围设计线路简单等特点，在军工，航天，船舶电器等方面得到广泛应用，但由于电装的一次成功率和可靠度问题等技术瓶颈使得LGA在一些更高要求的领域还是未能使用，通过本发明技术的成功研发，能够解决批量生产时一次直通率的要求，从而将LGA的使用达到一个更新更高的领域，因此本发明具有较大的市场价值和应用前景。

本发明获取了LGA的焊接改进、制造能力。通过本发明实现具备LGA的焊接改进的实现方案，包括设计方法、生产制造、工艺改良、材料验证等，为LGA的焊接工艺改进的大规模运用积累工程经验。

本发明研究了不同工艺对焊接效果的影响因素。将通过前处理印刷好锡膏的LGA进行回流处理，设定不同的温度和速度两个参数，获取不同焊接工参数设置对焊接性能的影响进而确定最佳方案。

经过本发明工艺开发的LGA焊接产品的一次焊接面功率达到100％的要求。

本发明的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是固定治具的结构示意图。

图3是可覆盖单个LGA的小漏板的结构示意图。

图4是可覆盖多个LGA的小漏板的结构示意图。

图5是用固定治具固定单个LGA的示意图。

图6是用固定治具固定多个LGA的示意图。

图7是小漏板的固定方式示意图。

图8是回流过程中的时间-温度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明的工艺流程如图1所示：

(一)、前处理模具的设计和制作：制作固定治具及小漏板：根据LGA的外形大小和底部端子情况，预先制作固定治具及小漏板。

该步骤属于LGA焊接前的预处理工艺，所制作的固定治具及小漏板是用于进行印刷锡膏前处理的专用治具和钢片模具，采用固定治具及小漏板的作用是能够提升后续LGA焊接效果。

图2是固定治具的图形。固定治具的主体为一块与所要固定的LGA厚度相当的平面钢板，该平面钢板上开设有一个或者多个与所要固定的LGA的外形相一致的缺口。由于LGA包括单个LGA或者多个LGA连接组成的阵列，缺口也相应分为单个型缺口(图2右侧)和多个型缺口(图2左侧)。

图3和图4是小漏板的图形。小漏板的主体为一块面积不小于所要漏印锡膏的LGA的平面钢片，该平面钢片上挖去与LGA底部端子分布位置对应的镂空。由于LGA包括单个LGA或者多个LGA连接组成的阵列，当小漏板也分为覆盖单个LGA的小漏板(如图3)和覆盖多个LGA的小漏板(如图4)。用胶带将小漏板与固定治具粘合。

(二)、对LGA进行烘烤除湿处理：使用温度控制精度为±1℃的鼓风干燥箱对LGA进行125℃、24H的除湿处理，确保LGA内部湿气去除干净。

(三)、利用固定治具及小漏板对LGA印刷锡膏。

图5和图6是分别利用固定治具一次性固定单个或多个LGA。当单个及多个LGA固定在固定治具上时，将所述LGA通过卡接方式的嵌入固定治具上相应的单个型缺口(如图5)或多个型缺口(如图6)中。

图7是固定小漏板进行锡膏漏印。小漏板覆盖在LGA上时，小漏板上的镂空与LGA底部端子的位置一一对应，所述镂空处即为需要漏印锡膏的部分，小漏板的其余部分用来遮蔽LGA。

(四)、过回流炉，对LGA上的锡膏进行回流：将印好锡膏的LGA进行回流处理，使LGA表面均匀的覆盖上一层锡，锡与LGA焊盘之间形成良好的合金层。

(五)、用全自动印刷机在印制板上印刷锡膏：使用全自动印刷机，通过钢网漏印，在需要焊接LGA的印制板上印刷好锡膏。并检查每个焊盘覆盖达90％以上。

(六)、用贴片机对LGA进行贴装：对PCB进行编程，贴片。

(七)、对LGA进行回流焊接：将已经贴装好的PCBA放入回流炉进行回流。

(八)、X-RAY检测：将LGA放入X-RAY进行测试。

在上述步骤(四)和步骤(七)进行回流之前，首先要确定LGA回流的最佳工艺参数；方法如下：

将回流炉分为不同温度的多个温区，设定各温区的温度上限与温度下限，并设定LGA的传送速度；

使LGA以设定的传送速度依次经过各温区，在此过程中，对LGA上的一个或多个测试点的温度进行测试，将测试的结果绘制成时间-温度曲线；

根据所述时间-温度曲线，获得各测试点的以下参数：曲线斜率、保温时间、回流时间、最高温度；

将上述参数分别与规定值比较，判断是否在规定值允许的偏差范围之内；若测试通过，则所设各温区的温度上限、温度下限以及LGA的传送速度值即为所述最佳工艺参数；若测试未通过，则重新设定各温区的温度上限、温度下限以及LGA的传送速度值，直至通过测试。

以下通过实施例详述本发明：

(1)LGA焊接前的预处理工艺技术：

在焊接前利用固定治具和小漏板对LGA进行了预处理，处理过后的LGA在焊接过程中，能完全克服LGA在焊接过程中本身受热微变形引起的焊点不均和回流时的空洞，连锡等不合格的现象。

使用此方案前后的对比表如下：

表1

如上表1所示，

第一个对比实施例，对于板号201505001，在传统方案中，出现不良现象：空洞；不符合：IPC-610E标准8.3.12底部端子元器件(BTC)标准(非中间接地大焊盘气泡小于25％以及器件厂家推荐焊接要求气泡小于25％。采用本发明后，焊接X-RAY与器件要求和IPC-610E要求相符，焊接合格。

第二个对比实施例，对于板号201505002，在传统方案中，出现不良现象：少锡；不符合：IPC-610E标准8.3.12底部端子元器件(BTC)标准(最小未端连接完度大于75％要求以及器件厂家推荐焊接要求。采用本发明后，焊接X-RAY与器件要求和IPC-610E要求相符，焊接合格。

(2)焊接最佳工艺参数的确定：

通过设定不同的温度和速度参数，获取不同焊接工艺参数设置对焊接性能的影响，进而确定最佳参数。

在某实施例中，如下表2所述，将回流炉划分为了10个温区Zone1～Zone10，并设定了各温区的温度上限Top与温度下限bottom(一般情况下设为相等)分别为110、110、130、140、160、160、180、215、230、225度，同时设定了LGA的传送速度为70.00cm/min。

表2

使LGA以70.00cm/min的传送速度(Conveyor)依次经过上述10个温区Zone1～Zone10，在此过程中，对LGA上不同位置的5个测试点的温度进行测试，将测试的结果绘制成时间-温度曲线，如图8所示，横坐标表示时间，纵坐标表示温度。

根据图8的时间-温度曲线，获得5个测试点的以下参数：曲线斜率(Max RisingSlope)、保温时间(Soak Time/即温度在60-120℃之间的时间)、回流时间(Reflow Time/即温度在183℃以上的时间)、最高温度(Peak Temp)；将上述参数分别与规定值比较，计算出偏差率百分比。取偏差率的最大值计为PWI，只要PWI小于100％，即通过测试。本实施例中PWI＝52％，则最佳工艺参数即为表2所示。

本发明根据上述方案，确定焊接最佳工艺参数；获取最佳LGA焊接预处理工艺以及回流温度及速度的具体参数。确保此焊接工艺的适用范围为LGA封装器件通用；保证此工艺适合各种批量和各类型不同领域的电源的部分LGA封装器件的焊接。确保此焊接工艺的产品质量为一次焊接面功率达到100％。

本发明的主要经济指标：预计在未来的三年内，通过本发明所形成LGA类器件焊接达50000件，减少少锡漏洞，大的空洞和连锡等产品质量问题，减少返修报废成本等，降低公司生产成本200万元以上。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种印制板加工中的LGA焊接工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，制作LGA印刷用固定治具及小漏板：

根据LGA的外形大小和底部端子情况，预先制作LGA印刷用固定治具及小漏板；

步骤2，对LGA进行烘烤除湿处理：

使用温度控制精度为±1℃的鼓风干燥箱对LGA进行125℃、24H的除湿处理，确保LGA内部湿气去除干净；

步骤3，利用LGA印刷用固定治具及小漏板对LGA印刷锡膏：

利用固定治具一次性固定单个或多个LGA，然后在LGA上固定小漏板进行锡膏漏印；

步骤4，过回流炉，对LGA上锡膏进行回流：

将印好锡膏的LGA进行回流处理，使LGA表面均匀的覆盖上一层锡，锡与LGA焊盘之间形成良好的合金层；

步骤5，用全自动印刷机在印制板上印刷锡膏：

使用全自动印刷机，通过钢网漏印，在需要焊接LGA的印制板上印刷好锡膏，并检查每个焊盘覆盖达90％以上；

步骤6，用贴片机对LGA进行贴装：

用贴片机对PCB进行编程，贴片；

步骤7，对LGA进行回流焊接：

将已经贴装好的PCBA放入回流炉进行回流；

步骤8，X-RAY检测：

将LGA放入X-RAY进行测试。

2.根据权利要求1所述的印制板加工中的LGA焊接工艺方法，其特征在于：所述固定治具的主体为一块与所要固定的LGA厚度相等的平面钢板，所述平面钢板上开设有一个或者多个与所要固定的LGA的外形相一致的缺口，所述LGA为单个LGA或者多个LGA连接组成的阵列；当LGA固定在固定治具上时，将LGA通过卡接方式嵌入所述固定治具上相应的缺口中。

3.根据权利要求1所述的印制板加工中的LGA焊接工艺方法，其特征在于：所述小漏板的主体为一块面积不小于所要漏印锡膏的LGA的平面钢片，所述平面钢片上挖去与LGA底部端子分布对应的镂空，所述LGA为单个LGA或者多个LGA连接组成的阵列；当小漏板覆盖在LGA上时，小漏板上的镂空与LGA底部端子位置一一对应，所述镂空处即为需要漏印锡膏的部分，小漏板的其余部分用来遮蔽LGA；用胶带将小漏板与固定治具粘合。

4.根据权利要求1所述的印制板加工中的LGA焊接工艺方法，其特征在于：在步骤4和步骤7进行回流之前，首先要确定LGA回流的最佳工艺参数；将回流炉分为不同温度的多个温区，设定各温区的温度上限与温度下限，并设定LGA的传送速度；使LGA以设定的传送速度依次经过各温区，在此过程中，对LGA上的一个或多个测试点的温度进行测试，将测试的结果绘制成时间-温度曲线，根据所述时间-温度曲线，获得各测试点的以下参数：曲线斜率、保温时间、回流时间、最高温度，将上述参数分别与规定值比较，判断是否在规定值允许的偏差范围之内；若测试通过，则所设各温区的温度上限、温度下限以及LGA的传送速度值即为所述最佳工艺参数；若测试未通过，则重新设定各温区的温度上限、温度下限以及LGA的传送速度值，直至通过测试。