CN109834355B - Bga封装器件激光锡焊解焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BGA封装器件激光锡焊解焊方法，包括：接收由摄像头采集到的电路板图像；根据用户操作指令在电路板图像上标记需要锡焊或解焊的BGA封装器件；将激光器的激光光束整形为与被标记的BGA封装器件相同尺寸的平行均匀面光束以进行加热；对激光器的功率进行闭环反馈控制；利用图像处理判断BGA封装器件是否充分塌陷；保持激光器的加热保温直至BGA封装器件充分塌陷。通过本发明的技术方案，采用激光光束整形装置，将点光源整形为与器件大小一致的面光源对器件进行加热，确保器件受热均匀，锡球充分融化，在精确快速地实现对BGA封装形式的电子元器件进行锡焊或解焊的同时，不会对周边相邻器件和背部重合器件造成损伤。

Description

BGA封装器件激光锡焊解焊方法

技术领域

本发明涉及焊接脱焊技术领域，尤其涉及一种BGA(Ball Grid Array，焊球阵列封装)封装器件激光锡焊解焊方法。

背景技术

对BGA封装器件进行锡焊解焊是工业生产制造、返修的第一步，传统的BGA器件锡焊解焊方法是采用热风枪加热形式，针对热风枪加热方法存在的方向性及可控性较差、容易对电路板上加工器件周边相邻器件以及背部重合器件造成损伤、容易造成微小器件引线框架散架等等不足，自然地出现了很多相应的改进方法，其中对器件进行激光加热处理是最具有代表性的方法。

BGA封装器件锡焊解焊的目的是将需要加工的BGA封装器件和电路板之间的锡球融化，以此将器件焊接在电路板上或者从电路板上无损伤的取下来。现有技术中公开了一种激光加热方法，其为激光光斑扫描方式，加热过程温度不稳定，过程数据无法监控，稳定性不高。还有一种激光光束整形方法并未提及面光源尺寸面积可以自定义编辑。现有的BGA封装器件激光锡焊解焊方法无论采用上述的哪一种实现方式，分别或同时存在着速度慢、操作复杂、不能准确进行控制、整体过程无反馈不受控、不能适用于特殊器件等不足之处。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种BGA封装器件激光锡焊解焊方法，使用摄像头获取待加工电路板的整体图像，在整体图像上标记需要锡焊或者解焊的BGA封装元器件，整形扩束为面光源的均匀平行激光光束在标记的电子元器件表面进行持续加热，通过实时的温度反馈控制，改变激光功率，维持温度稳定，对标记的BGA封装器件进行锡焊或解焊，从而在精确快速地实现对BGA封装形式的电子元器件进行锡焊或解焊的同时，不会对周边相邻器件和背部重合器件造成损伤。

为实现上述目的，本发明提供了一种BGA封装器件激光锡焊解焊方法，包括：接收由摄像头采集到的电路板图像，并将所述电路板图像输出至显示终端；根据用户操作指令在所述电路板图像上标记需要锡焊或解焊的BGA封装器件；根据所述电路板图像上的标记将激光器的激光光束整形为与被标记的所述BGA封装器件相同尺寸的平行均匀面光束以进行加热；采集加热区域的实时温度并通过区间温度拟合对所述激光器的功率进行闭环反馈控制；通过对高速摄像机实时采集到的所述BGA封装器件的图像进行图像处理，以判断所述BGA封装器件是否充分塌陷；在所述BGA封装器件未充分塌陷时保持所述激光器的加热保温，直至所述BGA封装器件充分塌陷时停止所述激光器的加热。

在上述技术方案中，优选地，BGA封装器件激光锡焊解焊方法还包括：当所述电路板图像上标记多个需要锡焊或解焊的BGA封装器件时，根据标记的顺序对所述BGA封装器件逐个进行激光加热锡焊或解焊。

在上述技术方案中，优选地，所述采集加热区域的实时温度并通过区间温度拟合对所述激光器的功率进行闭环反馈控制具体包括：通过区间温度拟合对所述激光器的功率进行反馈控制，使加热区域的温度增长速度均匀；在所述加热区域温度达到预设温度后，通过闭环控制对所述激光器的功率进行反馈控制，使所述加热区域的温度在预设范围内保持预设时间。

在上述技术方案中，优选地，所述高速摄像机对侧视方向的所述BGA封装器件与电路板之间的锡球进行实时监控，对所述高速摄像机采集到的每一帧图像进行图像处理。

在上述技术方案中，优选地，所述摄像头为定焦大视场镜头。

在上述技术方案中，优选地，所述激光器的激光光束的形状和大小能够根据BGA封装器件的形状和大小调整。

在上述技术方案中，优选地，所述激光器采用激光波长为630nm～670nm的半导体激光器。

在上述技术方案中，优选地，所述加热区域的温度采用红外非接触式传感器进行采集。

在上述技术方案中，优选地，所述摄像头的成像光路与所述激光器的传输光路在光路上共焦不同轴。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过使用摄像头获取待加工电路板的整体图像，在整体图像上标记需要锡焊或者解焊的BGA封装元器件，整形扩束为面光源的均匀平行激光光束在标记的电子元器件表面进行持续加热，通过实时的温度反馈控制，改变激光功率，维持温度稳定，对标记的BGA封装器件进行锡焊或解焊，从而在精确快速地实现对BGA封装形式的电子元器件进行锡焊或解焊的同时，不会对周边相邻器件和背部重合器件造成损伤。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的BGA封装器件激光锡焊解焊方法的步骤示意图；

图2为本发明一种实施例公开的BGA封装器件激光锡焊解焊温度控制方法的步骤示意图；

图3为本发明一种实施例公开的BGA封装器件激光锡焊解焊方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1至图3所示，根据本发明提供的一种BGA封装器件激光锡焊解焊方法，包括：接收由摄像头采集到的电路板图像，并将电路板图像输出至显示终端；根据用户操作指令在电路板图像上标记需要锡焊或解焊的BGA封装器件；根据电路板图像上的标记将激光器的激光光束整形为与被标记的BGA封装器件相同尺寸的平行均匀面光束以进行加热；采集加热区域的实时温度并通过区间温度拟合对激光器的功率进行闭环反馈控制；通过对高速摄像机实时采集到的BGA封装器件的图像进行图像处理，以判断BGA封装器件是否充分塌陷；在BGA封装器件未充分塌陷时保持激光器的加热保温，直至BGA封装器件充分塌陷时停止激光器的加热。

在该实施例中，使用摄像头获取待加工电路板的整体图像，在整体图像上标记需要锡焊或者解焊的BGA封装元器件，整形扩束为面光源的均匀平行激光光束在标记的BGA封装元器件表面进行持续加热，通过实时的温度反馈控制，改变激光功率，维持温度稳定，对标记的BGA封装器件进行锡焊或解焊，从而在精确快速地实现对BGA封装形式的电子元器件进行锡焊或解焊的同时，不会对周边相邻器件和背部重合器件造成损伤。

具体地，上位机将接受的摄像头传输来的电路板图像输出到显示终端上，根据用户的操作指令在电路板图像上标记需要锡焊或者解焊的器件。根据标记的BGA封装元器件的形状和大小对激光光束进行整形，输出平行均匀且与标记器件形状和大小一致的激光光束对被标记的BGA封装器件进行加热，并通过区间温度拟合来对加热区域的实时温度进行反馈控制，使升温过程温度增长速度受控，不会损伤器件。在达到预设温度后通过闭环反馈控制来对加热区域的实时温度进行反馈控制，保证BGA封装器件处于该预设温度的上下预设范围内保持一定时间，使BGA封装器件充分受热以使焊接的锡球融化。

在保温过程中，使需要锡焊或解焊的BGA封装的电子元器件与电路板之间的锡球充分融化，通过高速摄像机实时监控，通过图像处理的方式判断BGA封装器件是否充分塌陷。在锡球充分融化，BGA封装器件塌陷后完成对加工器件的锡焊或解焊过程。在加热和保温过程中，激光器的激光光束只作用于需要锡焊或解焊的BGA封装器件表面，不会损伤周边器件及电路板。其中，上位机为普通PC机或工控机，上位机与摄像头和高速摄像机通过网口进行连接通信。

具体地，如图2所示，在整个加工过程中，采用温度自适应控制系统，使得加工全过程温度受控，精度能够达到±1℃，从而使得电路板的激光锡焊解焊效率高，良品率高。该温度自适应控制系统的自适应控制方法为：

在对加工区域进行温度监控时，温度自适应控制系统进行初始变量赋值和激光功率赋值，进行激光加热，并判断实时温度是否大于控制温度，在实时温度大于赋值温度时，判断实际升温时长与模板升温时长和温升时间控制量之间的大小。若实际温升时长小于模板升温时长和温升时间控制量的差值，则将激光功率赋值为当前激光功率与激光功率增量的差值；若实际升温时长大于模板升温时长和温升时间控制量的和值，则将激光功率赋值为当前激光功率与激光功率增量的和值；若实际升温时长大于模板升温时长和温升时间控制量的差值且小于模板升温时长和温升时间控制量的和值，则保持当前激光功率不变。在达到初始设定值后，若实时温度小于控制温度和温度增量的差值加2，则将激光功率赋值为当前激光功率与激光功率增量的差值；若实时温度大于控制温度和温度增量的和值减2，则将激光功率赋值为当前激光功率与激光功率增量的和值；若实时温度大于控制温度和温度增量的和值减2且小于控制温度和温度增量的差值加2，则保持当前激光功率不变，直到达到保温时长则关闭激光器。

在上述实施例中，优选地，BGA封装器件激光锡焊解焊方法还包括：当电路板图像上标记多个需要锡焊或解焊的BGA封装器件时，根据标记的顺序对BGA封装器件逐个进行激光加热锡焊或解焊。

在上述实施例中，优选地，采集加热区域的实时温度并通过区间温度拟合对激光器的功率进行闭环反馈控制具体包括：通过区间温度拟合对激光器的功率进行反馈控制，使加热区域的温度增长速度均匀；在加热区域温度达到预设温度后，通过闭环控制对激光器的功率进行反馈控制，使加热区域的温度在预设范围内保持预设时间。

在上述实施例中，优选地，高速摄像机对侧视方向的BGA封装器件与电路板之间的锡球进行实时监控，上位机对高速摄像机采集到的每一帧图像进行图像处理，判断锡球是否融化以及BGA封装器件是否充分塌陷，BGA封装器件充分塌陷后完成锡焊或解焊过程。在锡焊解焊过程中，采用视频监控采集到的图像进行图像识别，从而判断芯片的塌陷程度或锡球的充分融化情况，该图像识别方法为本领域的现有技术，在此不再赘述。

在上述实施例中，优选地，摄像头为定焦大视场镜头，对电路板进行正视拍摄，调整电路板所在工作台和摄像头的相对位置，使显示终端上显示出BGA封装器件的完整清晰图像。

在上述实施例中，优选地，激光器的激光光束的形状和大小能够根据BGA封装器件的形状和大小调整。

在上述实施例中，优选地，激光器采用激光波长为630nm～670nm的半导体激光器，该激光器的激光面光源发出整形后的平行均匀的激光光束，其面光源图形和大小可以调节。光束整形系统根据BGA封装器件的实际形状和大小调节激光器的面光源形状和大小，并通过电机控制移动到待加工的电路板及元器件对应位置。

在上述实施例中，优选地，加热区域的温度采用红外非接触式传感器进行采集。温度数据通过串口线传输至上位机，激光功率由上位机软件通过串口发送数据进行实时控制。

在上述实施例中，优选地，摄像头的成像光路与激光器的传输光路在光路上共焦不同轴，使得采集到的图像上标记区域与激光加热区域相同。

在上述实施例的BGA封装器件激光锡焊解焊方法实施过程中，取一包含待锡焊或解焊BGA封装器件的电路板，表面大小在50cm×50cm以内，BGA封装器件的激光锡焊或解焊过程包括如下步骤：

1、将器件置于工作台的正视和侧视视频摄像头下，调整器件位置至显示终端上两个摄像头能显示出器件的完整图像；

2、使用工作台上的固定器件工装固定器件；

3、调整工作台高度至器件图像清晰显示；

4、在软件界面的电路板图像上标记需要锡焊或解焊的BGA封装器件；

5、在软件界面启动锡焊或者解焊功能，依照本发明方法自动完成待加工BGA封装器件的锡焊或解焊过程。

其中，优选地，待加工的BGA封装器件可以有多个，且大小可以不一致。根据用户设定顺序，光束整形系统会根据器件实际大小调节面光源大小，并通过电机控制移动到当前待加工器件上方。移动调整过程由于激光光束自带红光指示，对准过程精度高。

以上所述为本发明的实施方式，根据本发明提出的BGA封装器件激光锡焊解焊方法，通过使用摄像头获取待加工电路板的整体图像，在整体图像上标记需要锡焊或者解焊的BGA封装元器件，整形扩束为面光源的均匀平行激光光束在标记的电子元器件表面进行持续加热，通过实时的温度反馈控制，改变激光功率，维持温度稳定，对标记的BGA封装器件进行锡焊或解焊，从而在精确快速地实现对BGA封装形式的电子元器件进行锡焊或解焊的同时，不会对周边相邻器件和背部重合器件造成损伤。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种BGA封装器件激光锡焊解焊方法，其特征在于，包括：

接收由摄像头采集到的电路板图像，并将所述电路板图像输出至显示终端；

根据用户操作指令在所述电路板图像上标记需要锡焊或解焊的BGA封装器件；

根据所述电路板图像上的标记将激光器的激光光束整形为与被标记的所述BGA封装器件相同尺寸的平行均匀面光束以进行加热；

采集加热区域的实时温度并通过区间温度拟合对所述激光器的功率进行闭环反馈控制；

通过对高速摄像机实时采集到的所述BGA封装器件的图像进行图像处理，以判断所述BGA封装器件是否充分塌陷；

在所述BGA封装器件未充分塌陷时保持所述激光器的加热保温，直至所述BGA封装器件充分塌陷时停止所述激光器的加热；

当所述电路板图像上标记多个需要锡焊或解焊的BGA封装器件时，根据标记的顺序对所述BGA封装器件逐个进行激光加热锡焊或解焊；

其中，所述高速摄像机对侧视方向的所述BGA封装器件与电路板之间的锡球进行实时监控，对所述高速摄像机采集到的每一帧图像进行图像处理；

其中，所述摄像头的成像光路与所述激光器的传输光路在光路上共焦不同轴。

2.根据权利要求1所述的BGA封装器件激光锡焊解焊方法，其特征在于，所述采集加热区域的实时温度并通过区间温度拟合对所述激光器的功率进行闭环反馈控制具体包括：

通过区间温度拟合对所述激光器的功率进行反馈控制，使加热区域的温度增长速度均匀；

在所述加热区域温度达到预设温度后，通过闭环控制对所述激光器的功率进行反馈控制，使所述加热区域的温度在预设范围内保持预设时间。

3.根据权利要求1所述的BGA封装器件激光锡焊解焊方法，其特征在于，所述摄像头为定焦大视场镜头。

4.根据权利要求1或2所述的BGA封装器件激光锡焊解焊方法，其特征在于，所述激光器的激光光束的形状和大小能够根据BGA封装器件的形状和大小调整。

5.根据权利要求4所述的BGA封装器件激光锡焊解焊方法，其特征在于，所述激光器采用激光波长为630nm～670nm的半导体激光器。

6.根据权利要求1或2所述的BGA封装器件激光锡焊解焊方法，其特征在于，所述加热区域的温度采用红外非接触式传感器进行采集。

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