CN109129138A - 一种自动化高精度bga芯片打磨机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化高精度BGA芯片打磨机，包括机体，所述机体内壁的背面固定连接有强力吸尘装置，所述机体正面的顶部固定连接有视觉检测显示屏，所述机体的顶部且位于视觉检测显示屏的右侧固定连接有电器控制箱，所述电器控制箱的正面且位于控制触控屏的底部固定连接有紧急按钮，所述机体的正面且位于视觉检测显示屏的底部固定连接有透明保护板。本发明利用压力传感器，激光测距自动寻找平面，加上电子视觉显微镜来智能判断焊盘的位置，无需人工凭经验感觉操作，精准效率，任何人都可以操作，简单易用，适合工业自动化作业，提升大批量生产效率，解决传统打磨方式打磨工时长，工艺不易掌握和报废率高的问题。

Description

一种自动化高精度BGA芯片打磨机

技术领域

本发明涉及打磨机技术领域，尤其涉及一种自动化高精度BGA芯片打磨机。

背景技术

如今随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，同时I/O引脚数不断的增加，功耗也随之增大，为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种——球栅阵列封装，简称BGA（Ball Grid Array Package），由于BGA封装的特殊性，使得BGA芯片的焊接工艺要求十分高，在生产和调试过程中，难免会因为BGA损坏或者其他原因更换BGA芯片，此时，拆卸BGA可以看作是焊接BGA的逆向过程，但是，现今电子设备要求电路板尺寸越来越小，电路板上的元器件也趋向于小而密的原则，电路板的层数也越来越多，芯片周围还有大量的电子元器件，一旦芯片损坏，根本无法使用加高温的方法替换，高温会使多层板变形，电路损坏同时电气性能下降，还会造成其他元件因温度过高损坏，或者移位；同时还不能用其他工具辅助拆除，由于电路板和BGA之间还会使用胶水粘合，用力过大会损坏焊盘，如要对其进行溶胶处理，又有一定困难，这使得BGA电路板的维修成为一个极大的难点，现在维修电路板普遍使用3轴精雕机来打磨掉已损毁的BGA芯片，这样可以保证电路板不受损伤，同时无需无尘车间，不用加温节约不少成本，但是，打磨的工时较长，工艺不易掌握，同时报废率也不低。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种自动化高精度BGA芯片打磨机，具有自动化和高精度的特点，解决传统打磨方式打磨工时长，工艺不易掌握和报废率高的问题。

本发明提供如下技术方案：一种自动化高精度BGA芯片打磨机，包括机体，所述机体内壁的背面固定连接有强力吸尘装置，所述机体正面的顶部固定连接有视觉检测显示屏，所述机体的顶部且位于视觉检测显示屏的右侧固定连接有电器控制箱，所述电器控制箱的正面固定连接有控制触控屏，所述电器控制箱的正面且位于控制触控屏的底部固定连接有紧急按钮，所述机体的正面且位于视觉检测显示屏的底部固定连接有透明保护板，所述机体的顶部固定连接有自动换刀刀架，所述机体的顶部且位于自动换刀刀架的右侧固定连接有工作面板，所述压力传感器的顶部固定连接有PCB模板，所述机体内壁的背面且对应工作面板的位置固定连接有自动换刀主轴，所述自动换刀主轴的背面固定连接有闭环步进电机，所述自动换刀主轴底部的两侧均固定连接有吸尘罩移动气缸，所述吸尘罩移动气缸的底部固定连接有上下伸缩吸尘罩，所述上下伸缩吸尘罩的正面固定连接有显微镜摄像头，所述自动换刀主轴的底部且对应PCB模板的位置固定连接有打磨刀，所述自动换刀刀架和工作面板的底部以及打磨刀的顶部均设置有压力传感器，所述机体的顶部且位于自动换刀刀架的左侧固定连接有激光对刀器，所述自动换刀主轴的右侧固定连接有激光位移测距仪，所述机体内壁的右侧固定连接有上银滚珠丝杆，所述上银滚珠丝杆的左侧依次贯穿激光位移测距仪和上下伸缩吸尘罩并与机体内壁的左侧固定连接。

优选的，所述机体内壁的背面且对应自动换刀主轴的位置固定连接有直线导轨，所述直线导轨固定连接在自动换刀主轴的背面。

优选的，所述机体的顶部且位于视觉检测显示屏的左侧固定连接有三色灯，所述电器控制箱的正面且位于紧急按钮的底部固定连接有SD卡槽。

优选的，所述机体的顶部且位于电器控制箱的正面固定连接有开始按键，所述机体的顶部且位于开始按键的左侧固定连接有停止按键，所述机体的顶部且位于停止按键的左侧固定连接有取料按键。

优选的，所述机体的底部固定连接有滑轮，所述机体的底部且位于滑轮的外侧固定连接有固定座，所述机体的正面且对应强力吸尘装置的位置活动连接有箱门。

本发明提供了一种自动化高精度BGA芯片打磨机，利用压力传感器，激光测距自动寻找芯片平面，加上电子视觉显微镜来智能判断焊盘的位置，无需人工凭经验感觉操作，精准效率，任何人都可以操作，简单易用，适合工业自动化作业，提升大批量生产效率，解决传统打磨方式打磨工时长，工艺不易掌握和报废率高的问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明内部结构示意图。

图中：1机体、2强力吸尘装置、3视觉检测显示屏、4电器控制箱、5控制触控屏、6紧急按钮、7透明保护板、8自动换刀刀架、9工作面板、10压力传感器、11 PCB模板、12自动换刀主轴、13闭环步进电机、14上下伸缩吸尘罩、15显微镜摄像头、16打磨刀、17激光对刀器、18激光位移测距仪、19上银滚珠丝杆、20直线导轨、21吸尘罩移动气缸、22三色灯、23 SD卡槽、24开始按键、25停止按键、26取料按键、27滑轮、28固定座、29箱门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种自动化高精度BGA芯片打磨机，包括机体1，机体1内壁的背面固定连接有强力吸尘装置2，机体1正面的顶部固定连接有视觉检测显示屏3，机体1的顶部且位于视觉检测显示屏3的右侧固定连接有电器控制箱4，电器控制箱4的正面固定连接有控制触控屏5，电器控制箱4的正面且位于控制触控屏5的底部固定连接有紧急按钮6，机体1的正面且位于视觉检测显示屏3的底部固定连接有透明保护板7，机体1的顶部固定连接有自动换刀刀架8，机体1的顶部且位于自动换刀刀架8的右侧固定连接有工作面板9，压力传感器10的顶部固定连接有PCB模板11，机体1内壁的背面且对应工作面板9的位置固定连接有自动换刀主轴12，自动换刀主轴12的背面固定连接有闭环步进电机13，自动换刀主轴12底部的两侧均固定连接有吸尘罩移动气缸21，吸尘罩移动气缸21的底部固定连接有上下伸缩吸尘罩14，上下伸缩吸尘罩14的正面固定连接有显微镜摄像头15，自动换刀主轴12的底部且对应PCB模板11的位置固定连接有打磨刀16，自动换刀刀架8和工作面板9的底部以及打磨刀16的顶部均设置有压力传感器10，机体1的顶部且位于自动换刀刀架8的左侧固定连接有激光对刀器17，自动换刀主轴12的右侧固定连接有激光位移测距仪18，机体1内壁的右侧固定连接有上银滚珠丝杆19，上银滚珠丝杆19的左侧依次贯穿激光位移测距仪18和上下伸缩吸尘罩14并与机体1内壁的左侧固定连接，机体1内壁的背面且对应自动换刀主轴12的位置固定连接有直线导轨20，直线导轨20固定连接在自动换刀主轴12的背面，机体1的顶部且位于视觉检测显示屏3的左侧固定连接有三色灯22，电器控制箱4的正面且位于紧急按钮6的底部固定连接有SD卡槽23，机体1的顶部且位于电器控制箱4的正面固定连接有开始按键24，机体1的顶部且位于开始按键24的左侧固定连接有停止按键25，机体1的顶部且位于停止按键25的左侧固定连接有取料按键26，机体1的底部固定连接有滑轮27，机体1的底部且位于滑轮27的外侧固定连接有固定座28，机体1的正面且对应强力吸尘装置2的位置活动连接有箱门29，本发明利用压力传感器，激光测距自动寻找平面，加上电子视觉显微镜来智能判断焊盘的位置，无需人工凭经验感觉操作，精准效率，任何人都可以操作，简单易用，适合工业自动化作业，提升大批量生产效率，解决传统打磨方式打磨工时长，工艺不易掌握和报废率高的问题。

本发明中包括运动结构、测量传感器、视觉检测系统、吸尘系统、自动换刀主轴系统、控制系统和PCB模板11，为了确保移除BGA芯片的高精准度，整个仪器需要用到高精度的三轴移动平台，每个轴均由两个方形滚珠直线导轨加上银滚珠丝杆、闭环步进电机保证移动精度，打磨BGA芯片必须知道芯片的平整度，测试芯片的平整度是修理BGA的核心，为了测量芯片的位置状态，我们使用两套测量方案：第一种常用的是压力传感器，在主轴和工作平台上分别加装压力传感器，利用刀尖分别触碰芯片表面和电路板表面测量，确定芯片位置，第二种是对电路元件较密集，没有足够的空间进行触碰物理测量，使用激光位移传感器和激光对刀器进行测量，确定芯片位置，打磨完BGA芯片后需要对焊盘进行确认，人眼无法检测1MM以下焊盘，通过视觉检测系统能自动识别焊盘的缺损，保证打磨品质，随着BGA封装的工艺不断的进步，芯片含有的元素也越来越多，例如硅、氮化硅、磷、硼、铜、铝、氮化钽、铪化合物、砷化镓、氮化钛等，这些都是有毒的重金属元素，打磨BGA是使用物理方法将BGA芯片打磨成粉末，这些粉末对人体是非常有害，吸入会损害身体健康，同时粉末堆积也会影响加工精度，所以增加吸尘系统保证粉末不扩散及时清除，为了防止用户操作发生意外，同时保证吸尘效果，提高加工效率，使用自动换刀主轴系统，在加工过程中可以自动替换磨损刀具，保证了打磨品质，同时提高了打磨速度，智能BGA打磨机含有多种传感器，为保证机器运行顺畅，设计了专门的控制系统，为了保证每个PCB在打磨时候放置平整，需要制作相应的模板夹持，模板可以提升加工的精度，同时防止PCB板在打磨过程中发生移位，扭曲变形导致打磨失败，PCB模板11需要对每个打磨的PCB进行单独制作，相当于夹持专用治具，保证了打磨维修的成功率和效率。

本发明中，分为压力传感器10检测和激光位移传感器检测，使用压力传感器10检测操作步骤为：客户按开始按键24；自动取刀换刀（如计量到达时）；刀尖检查芯片旁PCB的表面高度，检测1点/2点/3点/4点（依据用户需要检测）；刀尖检查芯片1点/2点/3点/4点的高度（依据用户需要检测）；计算芯片的倾斜度；自动生成刀路；吸尘罩下降；开始吸尘；开始打磨粗加工；打磨精加工；停止吸尘；视觉检测打磨效果；伸出模板；完成。

使用激光位移传感器检测操作步骤为：客户按开始按键24；自动取刀换刀（如计量到达时）；激光对刀器17检测刀具高度；激光检查芯片旁PCB的表面高度，检测1点/2点/3点/4点（依据用户需要检测）；激光检查芯片1点/2点/3点/4点的高度（依据用户需要检测）；计算芯片的倾斜度；自动生成刀路；吸尘罩下降；开始吸尘；开始打磨粗加工；打磨精加工；停止吸尘；视觉检测打磨效果；伸出模板；完成。

本发明利用压力传感器10，激光测距自动寻找平面，加上电子视觉显微镜来智能判断焊盘的位置，无需人工凭经验感觉操作，精准效率，任何人都可以操作，简单易用，适合工业自动化作业，提升大批量生产效率，解决传统打磨方式打磨工时长，工艺不易掌握和报废率高的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动化高精度BGA芯片打磨机，包括机体（1），其特征在于：所述机体（1）内壁的背面固定连接有强力吸尘装置（2），所述机体（1）正面的顶部固定连接有视觉检测显示屏（3），所述机体（1）的顶部且位于视觉检测显示屏（3）的右侧固定连接有电器控制箱（4），所述电器控制箱（4）的正面固定连接有控制触控屏（5），所述电器控制箱（4）的正面且位于控制触控屏（5）的底部固定连接有紧急按钮（6），所述机体（1）的正面且位于视觉检测显示屏（3）的底部固定连接有透明保护板（7），所述机体（1）的顶部固定连接有自动换刀刀架（8），所述机体（1）的顶部且位于自动换刀刀架（8）的右侧固定连接有工作面板（9），所述压力传感器（10）的顶部固定连接有PCB模板（11），所述机体（1）内壁的背面且对应工作面板（9）的位置固定连接有自动换刀主轴（12），所述自动换刀主轴（12）的背面固定连接有闭环步进电机（13），所述自动换刀主轴（12）底部的两侧均固定连接有吸尘罩移动气缸（21），所述吸尘罩移动气缸（21）的底部固定连接有上下伸缩吸尘罩（14），所述上下伸缩吸尘罩（14）的正面固定连接有显微镜摄像头（15），所述自动换刀主轴（12）的底部且对应PCB模板（11）的位置固定连接有打磨刀（16），所述自动换刀刀架（8）和工作面板（9）的底部以及打磨刀（16）的顶部均设置有压力传感器（10），所述机体（1）的顶部且位于自动换刀刀架（8）的左侧固定连接有激光对刀器（17），所述自动换刀主轴（12）的右侧固定连接有激光位移测距仪（18），所述机体（1）内壁的右侧固定连接有上银滚珠丝杆（19），所述上银滚珠丝杆（19）的左侧依次贯穿激光位移测距仪（18）和上下伸缩吸尘罩（14）并与机体（1）内壁的左侧固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动化高精度BGA芯片打磨机，其特征在于：所述机体（1）内壁的背面且对应自动换刀主轴（12）的位置固定连接有直线导轨（20），所述直线导轨（20）固定连接在自动换刀主轴（12）的背面。

3.根据权利要求1所述的一种自动化高精度BGA芯片打磨机，其特征在于：所述机体（1）的顶部且位于视觉检测显示屏（3）的左侧固定连接有三色灯（22），所述电器控制箱（4）的正面且位于紧急按钮（6）的底部固定连接有SD卡槽（23）。

4.根据权利要求1所述的一种自动化高精度BGA芯片打磨机，其特征在于：所述机体（1）的顶部且位于电器控制箱（4）的正面固定连接有开始按键（24），所述机体（1）的顶部且位于开始按键（24）的左侧固定连接有停止按键（25），所述机体（1）的顶部且位于停止按键（25）的左侧固定连接有取料按键（26）。

5.根据权利要求1所述的一种自动化高精度BGA芯片打磨机，其特征在于：所述机体（1）的底部固定连接有滑轮（27），所述机体（1）的底部且位于滑轮（27）的外侧固定连接有固定座（28），所述机体（1）的正面且对应强力吸尘装置（2）的位置活动连接有箱门（29）。