CN106312233A - 一种用于qfn封装元器件去金搪锡的专用夹具及去金搪锡的方法 - Google Patents

一种用于qfn封装元器件去金搪锡的专用夹具及去金搪锡的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具及去金搪锡的方法，专用夹具由横撑、轨道座、底框、上托板、器件托板、扣件、压片、长螺杆、短螺杆、器件螺杆、轴承座、开口销和轮轴组成；横撑与轨道座组成导轨；轮轴、轴承座、底框组装成可在导轨上运动的下托机构；上托板固定在底框上，器件托板放置在上托板凹槽内，器件放置在器件托板的安装孔位中；专用夹具的导轨水平放置在通孔器件返修工作台的台面上，移动下托机构使QFN器件的焊盘通过喷涌的熔融锡铅合金波峰，完成去金搪锡。本发明方法适用性强，可用于QFN封装的所有器件在通孔器件返修工作台上进行去金搪锡。

Description

一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具及去金搪锡的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具及去金搪锡的方法，即一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具及使用专用夹具在通孔器件返修工作台上对QFN器件进行去金搪锡的方法，适用于电子装联专业。
背景技术
焊盘带有镀金层的元器件，在软钎焊组装到印制板的过程中，易产生“金脆”现象，严重影响产品的可靠性和使用寿命，因此在要求高可靠性和高寿命的电子装联过程中，必须对这类焊盘进行去金搪锡处理。与FP/QFP芯片等相比，QFN器件等无引线表贴元器件由于结构形式特殊，目前多依靠操作人员手工电烙铁的去金搪锡，严重依赖操作人员技能水平，产品一致性差，并且存在焊盘桥联、过热损伤等风险。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，设计一种使用专用夹具在通孔器件返修工作台上对QFN器件的焊盘进行去金搪锡的方法，克服QFN器件等无引线表贴元器件去金搪锡依赖操作人员技术水平、一致性不好的困难。
为了解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具，包括横撑(1)、轨道座(2)、底框(5)、上托板(10)、器件托板(11)、扣件(12)、压片(13)、扣件螺杆(14)、短螺杆(15)、长螺杆(16)、轴承座(9)、开口销(17)和轮轴(3)；
横撑(1)和轨道座(2)组成导轨；轮轴(3)安装到轴承座(9)中，且通过开口销(17)对轮轴(3)进行固定，即使用开口销(17)对轮轴(3)定位，再将轴承座(9)安装到底框(5)，组成能够放置在导轨上运动的下托机构；使用长螺杆(16)将上托板(10)固定在下托机构的底框(5)上，上托板(10)内设有凹槽，器件托板(11)放置在上托板(10)的凹槽中，并使用短螺杆(15)固定，器件托板(11)上设有元器件安装孔，使用扣件螺杆(14)将扣件(12)安装在器件托板(11)的元器件安装孔附近，扣件螺杆(14)与扣件(12)之间装有弹簧，扣件(12)上装有压片(13)，可通过调节弹簧的松紧程度，调节装卡元器件时压片(13)提供的预紧力。
所述器件托板(11)用于安装待加工的QFN器件(4)，器件托板(11)的每个元器件安装孔靠近上托板(10)的一侧加工有4个凸台(11-02)，仅依靠4个凸台(11-02)支撑QFN器件(4)的焊盘(4-1)中间涂有阻焊膜的位置。
所述的器件托板(11)的每个元器件安装孔侧壁(11-01)的下沿，应当高于凸台(11-02)表面一定距离。
若焊盘为正方形，每个元器件安装孔侧壁(11-01)的下沿高于凸台(11-02)表面的优选距离为焊盘宽度的2倍；若焊盘为圆形，每个元器件安装孔侧壁(11-01)的下沿高于凸台(11-02)表面的优选距离为焊盘直径的2倍。
所述的器件托板(11)采用不与熔融锡铅合金反应的材料制成。
所述的导轨放置在外部的通孔器件返修工作台(8)的台面上，通孔器件返修工作台(8)包括喷嘴(6)、台面、锡槽(7)；锡槽(7)位于通孔器件返修工作台(8)内部，喷嘴(6)从台面伸出，锡槽(7)内储存有锡铅合金，通孔器件返修工作台(8)工作时，锡槽(7)内的锡铅合金呈熔融状态能够从喷嘴(6)喷出呈波浪状，喷嘴(6)从台面伸出的高度能够调节。
一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具的去金搪锡的方法，步骤如下：
(1)将QFN器件(4)放置在器件托板(11)的元器件安装孔中；
(2)将专用夹具的导轨水平放置在通孔器件返修工作台(8)的台面上；
(3)调整通孔器件返修工作台(8)的喷嘴(6)高度，使喷嘴(6)表面与放置在专用夹具中的QFN器件(4)的焊盘(4-1)表面的距离不超过2mm；
(4)调整喷出熔融锡铅合金波浪的波峰高度、锡铅合金熔融温度这些参数，使波峰能够喷涌到器件托板(11)的元器件安装孔的上沿；
(5)移动专用夹具的下托机构，使QFN器件(4)的焊盘(4-1)逐排与熔融锡铅合金接触并发生反应，对焊盘(4-1)进行去金搪锡。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明一种使用专用夹具在通孔器件返修工作台上对QFN器件进行去金搪锡的方法，克服QFN器件等无引线表贴元器件去金搪锡依赖操作人员技术水平、一致性不好的困难；
(2)与手工操作对逐个焊盘进行操作相比，本发明方法可以对逐排焊盘进行去金搪锡，器件受热时间减少90％以上，既提高效率，又避免器件长时间受热造成损伤；
(3)本发明方法中喷涌的熔融锡铅合金波峰可去除器件焊盘镀层中质量分数97％以上的金元素；
(4)本发明方法所使用的专用夹具，能够很好地保护元器件除焊盘所在平面外的其余表面，保证去金搪锡操作过程中元器件不受损伤且标识完好；
(5)使用本发明方法，器件焊盘去金搪锡后表面润湿良好，无桥连、毛刺、拉尖等缺陷，且共面性好，共面性偏差不超过0.10mm，可直接用于贴装、焊接等后续电子装联操作；
(6)本发明方法使用的专用夹具灵活性好，可根据不同规格的器件更换不同的器件托盘，适合多品种大批量生产。
附图说明
图1为本发明的专用夹具放置在通孔返修工作台的主视图；
图2为本发明的专用夹具放置在通孔返修工作台的左视图；
图3为本发明的器件托板俯视图；
图4为本发明的器件托板A-A向剖视图；
图5为QFN器件的示意图；
图6为QFN器件的焊盘面示意图；
图7为通孔器件返修工作台工作时喷出的波浪状熔融锡铅合金示意图。
具体实施方式
本发明的基本思路为：一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具及去金搪锡的方法，专用夹具由横撑、轨道座、底框、上托板、器件托板、扣件、压片、长螺杆、短螺杆、器件螺杆、轴承座、开口销和轮轴组成；横撑与轨道座组成导轨；轮轴、轴承座、底框组装成可在导轨上运动的下托机构；上托板固定在底框上，器件托板放置在上托板凹槽内，器件放置在器件托板的孔位中；专用夹具的导轨水平放置在通孔器件返修工作台的台面上，移动下托机构使QFN器件的焊盘通过喷涌的熔融锡铅合金波峰，完成去金搪锡。本发明方法适用性强，可用于QFN封装的所有器件在通孔器件返修工作台上进行去金搪锡。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的专用夹具固定QFN器件，在通孔器件返修工作台上进行去金搪锡。专用夹具由横撑、轨道座、底框、上托板、器件托板、扣件、压片。长螺杆、短螺杆、器件螺杆、轴承座、开口销和轮轴组成，横撑和轨道座组成导轨；轮轴安装到轴承座中，且通过开口销对轮轴进行固定，即使用开口销对轮轴定位，再将轴承座安装到底框，组成能够放置在导轨上运动的下托机构；使用长螺杆将上托板固定在下托机构的底框上，上托板内设有凹槽，器件托板放置在上托板的凹槽中，并使用短螺杆固定，器件托板上设有元器件安装孔，使用扣件螺杆将扣件安装在器件托板的元器件安装孔附近，扣件螺杆与扣件之间装有弹簧，扣件上装有压片，可通过调节弹簧的松紧程度，调节装卡元器件时压片提供的预紧力。
专用夹具的导轨水平放置在外部的通孔器件返修工作台的台面上，通孔器件返修工作台包括喷嘴、台面、锡槽；锡槽位于通孔器件返修工作台内部，喷嘴从台面伸出，喷嘴从台面伸出的高度能够调节，锡槽内储存有锡铅合金，通孔器件返修工作台工作时，锡槽内的锡铅合金呈熔融状态能够从喷嘴喷出呈波浪状。
通过移动专用夹具的下托机构，使QFN器件的焊盘与通孔器件返修工作台喷嘴中喷涌出的熔融锡铅合金发生反应，完成去金搪锡。
如图1、2所示，为本发明使用专用夹具固定QFN器件放置在通孔器件返修工作台上进行去金搪锡，横撑(1)和轨道座(2)组成导轨；轮轴(3)安装到轴承座(9)中，且通过开口销(17)对轮轴(3)进行固定，即使用开口销(17)对轮轴(3)定位，再将轴承座(9)安装到底框(5)，组成能够放置在导轨上运动的下托机构；使用长螺杆(16)将上托板(10)固定在下托机构的底框(5)上，上托板(10)内设有凹槽，器件托板(11)放置在上托板(10)的凹槽中，并使用短螺杆(15)固定，器件托板(11)上设有元器件安装孔，使用扣件螺杆(14)将扣件(12)安装在器件托板(11)的元器件安装孔附近，扣件螺杆(14)与扣件(12)之间装有弹簧，扣件(12)上装有压片(13)，可通过调节弹簧的松紧程度，调节装卡元器件时压片(13)提供的预紧力。
如图5、6所示，QFN元器件(4)为六面体结构，在底面有阵列分布的焊盘(4-1)，标识“1”点的焊盘呈圆形，四角焊盘有缺角，其余焊盘均为正方形，焊盘宽度为L，焊盘(4-1)表面镀有几微米厚的金层，可与熔融锡铅合金反应，焊盘之间的间隙覆盖有阻焊膜，间隙宽度为d。
如图3、4所示，器件托板(11)的每个元器件安装孔靠近上托板(10)的一侧加工有4个凸台(11-02)，仅依靠4个凸台(11-02)支撑QFN元器件(4)的焊盘(4-1)中间涂有阻焊膜的位置；凸台的宽度约为0.5d～0.7d，既能保证凸台(11-02)距离焊盘(4-1)边缘约为0.15L～0.25L，又能保证刚度避免凸台(11-02)变形；器件托板(11)的每个元器件安装孔侧壁(11-01)的下沿，应当高于凸台(11-02)表面一定距离，优选1.5L～2L，可保证熔融锡铅合金喷涌到QFN元器件(4)最外侧焊盘。
器件托板(11)所使用材料应当具有较小的热膨胀系数、导热系数，且不与熔融锡铅合金反应，保证在焊盘(4-1)去金搪锡的同时器件托板(11)不损伤。
使用本发明方法，用专用夹具在通孔器件返修工作台上对QFN器件进行去金搪锡的过程如下：
(1)将专用夹具的导轨水平放置在通孔器件返修工作台(8)的台面上；
(2)专用夹具的下托机构放置在导轨上，上托板(10)放置在下托机构的底框(5)上，器件托板(11)放置在上托板(10)的凹槽中；
(3)在不放置QFN器件(4)的情况下，调节通孔器件返修工作台(8)喷出的波浪状熔融锡铅合金的波峰高度h，使其能够持续喷涌到器件托板(11)的元器件安装孔侧壁(11-01)的上沿，如图7所示；
(4)波峰调节完毕，待器件托板(11)冷却至室温，先在QFN器件(4)的焊盘(4-1)涂敷助焊剂，再将QFN器件(4)安装到器件托板(11)的孔位中，QFN器件(4)器件的焊盘(4-1)表面与凸台(11-02)的表面接触，并保证所有凸台(11-02)均位于器件焊盘(4-1)的间隙位置，优选方案为：凸台(11-02)距离焊盘(4-1)边缘约为焊盘宽度L的0.15～0.25，然后使用压片(13)压紧器件；
(5)沿导轨移动专用夹具的下托机构，使QFN器件(4)的焊盘(4-1)逐排通过喷嘴(6)喷涌的熔融锡铅合金波峰，每排焊盘(4-1)在波峰停留时间优选不超过2s，运动至凸台(11-02)位置的焊盘(4-1)在波峰上短暂停留0.5s～1s，效果显著，有95％以上焊盘与熔融锡铅合金反应，且与手工操作相比缩短加热时间90％以上；
(6)焊盘全部通过波峰后，待QFN器件(4)及专用夹具冷却至室温，及时取出QFN器件(4)，并使用无水乙醇清洗焊盘(4-1)残留的助焊剂；
(7)进行二次搪锡工作，即按照步骤(4)～步骤(6)执行，最终完成QFN器件的去金搪锡，可去除焊盘(4-1)镀层中质量分数97％以上的金元素。
使用本发明方法对LTM4628、LTM4614、LTM4616等多种QFN封装器件进行去金搪锡，搪锡后焊盘表面润湿良好，无桥连、毛刺、拉尖等缺陷，能够去除焊盘镀层中质量分数97％以上的金元素，并且搪锡后焊盘共面性良好，共面性偏差不超过0.10mm，能够直接用于贴装、焊接等后续电子装联操作；并且，与手工操作相比，器件受热时间减少90％以上，可有效避免器件过热损伤，满足了航天元器件加工的精度和受热时间的要求，填补了空白。本发明方法不依赖操作人员技术水平，一致性好，生产效率高，可广泛应用于要求高可靠性的电子装联专业。

Claims (7)

1.一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具，其特征在于：包括横撑(1)、轨道座(2)、底框(5)、上托板(10)、器件托板(11)、扣件(12)、压片(13)、扣件螺杆(14)、短螺杆(15)、长螺杆(16)、轴承座(9)、开口销(17)和轮轴(3)；
横撑(1)和轨道座(2)组成导轨；轮轴(3)安装到轴承座(9)中，且通过开口销(17)对轮轴(3)进行固定，即使用开口销(17)对轮轴(3)定位，再将轴承座(9)安装到底框(5)，组成能够放置在导轨上运动的下托机构；使用长螺杆(16)将上托板(10)固定在下托机构的底框(5)上，上托板(10)内设有凹槽，器件托板(11)放置在上托板(10)的凹槽中，并使用短螺杆(15)固定，器件托板(11)上设有元器件安装孔，使用扣件螺杆(14)将扣件(12)安装在器件托板(11)的元器件安装孔附近，扣件螺杆(14)与扣件(12)之间装有弹簧，扣件(12)上装有压片(13)，可通过调节弹簧的松紧程度，调节装卡元器件时压片(13)提供的预紧力。
2.根据权利要求1所述的一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具，其特征在于：所述器件托板(11)用于安装待加工的QFN器件(4)，所述器件托板(11)的每个元器件安装孔靠近上托板(10)的一侧加工有4个凸台(11-02)，仅依靠4个凸台(11-02)支撑QFN器件(4)的焊盘(4-1)中间涂有阻焊膜的位置。
3.根据权利要求1所述的一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具，其特征在于：所述的器件托板(11)的每个元器件安装孔侧壁(11-01)的下沿，应当高于凸台(11-02)表面一定距离。
4.根据权利要求3所述的一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具，其特征在于：若焊盘为正方形，每个元器件安装孔侧壁(11-01)的下沿高于凸台(11-02)表面的优选距离为焊盘宽度的2倍；若焊盘为圆形，每个元器件安装孔侧壁(11-01)的下沿高于凸台(11-02)表面的优选距离为焊盘直径的2倍。
5.根据权利要求1所述的一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具，其特征在于：所述的器件托板(11)采用不与熔融锡铅合金反应的材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具，其特征在于：所述的导轨放置在外部的通孔器件返修工作台(8)的台面上，通孔器件返修工作台(8)包括喷嘴(6)、台面、锡槽(7)；锡槽(7)位于通孔器件返修工作台(8)内部，喷嘴(6)从台面伸出，锡槽(7)内储存有锡铅合金，通孔器件返修工作台(8)工作时，锡槽(7)内的锡铅合金呈熔融状态能够从喷嘴(6)喷出呈波浪状，喷嘴(6)从台面伸出的高度能够调节。
7.一种用于QFN封装元器件去金搪锡的专用夹具的去金搪锡的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将QFN器件(4)放置在器件托板(11)的元器件安装孔中；
(2)将专用夹具的导轨水平放置在通孔器件返修工作台(8)的台面上；
(3)调整通孔器件返修工作台(8)的喷嘴(6)高度，使喷嘴(6)表面与放置在专用夹具中的QFN器件(4)的焊盘(4-1)表面的距离不超过2mm；
(4)调整喷出熔融锡铅合金波浪的波峰高度、锡铅合金熔融温度这些参数，使波峰能够喷涌到器件托板(11)的元器件安装孔的上沿；
(5)移动专用夹具的下托机构，使QFN元器件(4)的焊盘(4-1)逐排与熔融锡铅合金接触并发生反应，对焊盘(4-1)进行去金搪锡。
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