CN110116252A - 一种lccc器件植柱焊接工装及采用其对lccc器件植柱的方法 - Google Patents

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    • B23K3/08—Auxiliary devices therefor

Abstract

本发明公开了一种LCCC器件植柱焊接工装，包括装配在一起的上模具和下模具，上模具上布设有多个用于安装焊柱的植柱孔，使用时，将焊柱放入植柱孔内，将LCCC器件本体焊盘与焊柱焊接，抬高器件站立高度，增加器件焊点的应力释放空间，提高器件可靠性；本工装结构简单，易制作，能够同时焊接多个焊柱，具有较强的普适性，可实现焊盘的植柱焊接。本发明还公开了采用LCCC器件植柱焊接工装对LCCC器件植柱的方法，将多个焊柱对应放入多个植柱孔内，将LCCC器件本体焊盘与焊柱通过再流焊接完成植柱，形成多个焊点，大幅提高了器件的组装可靠性及整机使用寿命，消除了质量隐患，从源头上解决了LCCC器件因可靠性问题导致的军用电子产品组装失效问题。

Description

一种LCCC器件植柱焊接工装及采用其对LCCC器件植柱的方法
技术领域
本发明属于LCCC器件技术领域，特别涉及一种LCCC器件植柱焊接工装及采用其对LCCC器件植柱的方法。
背景技术
LCCC器件为方形无引线陶瓷芯片载体器件，由于器件无引线，且其陶瓷基体与FR-4印制电路板热膨胀系数不匹配，使得焊点在温度循环条件下易开裂失效。由于现有工艺方法限制，ECSS-Q-ST-70-38C标准指出，当LCCC引脚数大于16时不建议在FR-4印制板上安装使用。航天各院也将边长大于10.16mm的LCCC器件列入禁用器件，严重影响着国产化器件的推广使用。
该类器件直接焊接后，由于焊点应力释放空间不足，导致在环境应力的持续作用下，焊点长期受到剪切应力和高温蠕变作用，存在受力开裂失效的风险。
目前，常见的处理方法为：方法一：增加焊膏体积，抬高焊点高度。该方法能增加的焊点高度非常有限，对器件抗环境应力的能力改善效果不大，只能适用于服役条件不太恶劣的产品上。方法二：先将器件焊接在材料为陶瓷的转接板上，再将转接板以其它引脚形式焊接在印制板上。该工艺方法的缺点在于器件高度和器件重量大大增加，导致器件适用范围过窄。同时，该方法在提高器件抗温度循环能力的基础上，降低了器件抗振动和冲击的能力。
因此，为了改善LCCC器件焊点应力释放空间不足，可靠性差的问题，需要提出新工艺途径，从本质上改善器件可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LCCC器件植柱焊接工装及采用其对LCCC器件植柱的方法，解决了LCCC器件焊点应力释放空间不足，可靠性差的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种LCCC器件植柱焊接工装，包括装配在一起的上模具和下模具，上模具上布设有多个用于安装焊柱的植柱孔，植柱孔的开设位置与LCCC封装器件本体的焊盘位置相对应。
进一步，上模具和下模具上均开有多个连接孔，连接孔中装有螺钉，上模具和下模具通过螺钉连接。
进一步，连接孔均匀布设于上模具和下模具的周边。
进一步，植柱孔均匀布设于上模具的中间。
进一步，焊柱采用Pb90Sn10焊柱或Pb80Sn20铜缠绕柱。
进一步，上模具的厚度为1.2～1.8mm，植柱孔直径为0.55～0.61mm。
本发明还公开了采用所述LCCC器件植柱焊接工装对LCCC器件植柱的方法，具体包括以下步骤：
1)将上模具与下模具进行装配，取多个焊柱，将多个焊柱依次放入每个植柱孔内；
2)对LCCC封装器件本体的焊盘进行焊膏印刷，然后将LCCC封装器件本体的焊盘贴装于焊柱上，通过再流焊接完成植柱。
进一步，在将焊柱放入植柱孔内时，使用夹具夹取焊柱。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的LCCC器件植柱焊接工装，包括装配在一起的上模具和下模具，在上模具上开有多个植柱孔，使用时，将焊柱放入植柱孔内，将LCCC器件本体焊盘与焊柱焊接，抬高器件站立高度，增加器件焊点的应力释放空间，提高器件可靠性。本工装结构简单，易制作，能够同时焊接多个焊柱，具有较强的普适性，可实现焊盘的植柱焊接。
进一步，上下模具通过螺钉连接，方便拆卸更换。
进一步，上模具和下模具的尺寸根据LCCC器件及焊点数量调整，能够满足不同尺寸的LCCC封装器件的植柱焊接要求，具有较强的普适性。
本发明还公开了采用LCCC器件植柱焊接工装对LCCC器件植柱的方法，将多个焊柱对应放入多个植柱孔内，将LCCC器件本体焊盘与焊柱通过再流焊接完成植柱，形成多个焊点，有效降低了LCCC封装器件在温度应力和机械应力作用下的失效率，使LCCC器件的使用寿命由20次温度循环提高至500次温度循环，大幅提高了器件的组装可靠性及整机使用寿命，消除了质量隐患，从源头上解决了LCCC器件因可靠性问题导致的军用电子产品组装失效问题。
进一步，采用夹具夹取焊柱，防止焊柱被污染。
附图说明
图1为上模具的结构示意图；
图2为下模具的结构示意图；
图3为焊柱的结构示意图；
图4为本发明的LCCC器件植柱焊接工装结构示意图；
图5为植柱完成后的LCCC器件的结构示意图。
其中，1为连接孔；2为植柱孔；3为LCCC封装器件本体；4为焊柱；5为上模具；6为下模具。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图4所示，本发明的一种LCCC器件植柱焊接工装，包括装配在一起的上模具5和下模具6，上模具5上布设有多个用于安装焊柱4的植柱孔2，植柱孔2的开设位置与LCCC封装器件本体3的焊盘相适应。
如图1和2所示，上模具5和下模具6上均开有多个连接孔1，连接孔1中装有螺钉，上模具5和下模具6通过螺钉连接。
本发明提供了一种全新的焊接方法。该焊接方法可将LCCC封装器件进行植柱焊接。所述的焊接方法在保留器件原有结构及焊盘形式的基础上，利用植柱工装模具进行定位，对LCCC封装器件进行植柱。植柱后的LCCC封装器件焊点呈CCGA焊点形貌，器件站高抬高，器件焊点的应力释放空间增大，满足了军用器件可靠性要求。
LCCC封装器件为陶瓷封装器件，热膨胀系数约为7x10-6/℃，而PCB板为Fr-4材料，热膨胀系数约为15x10-6/℃，两者的热膨胀系数相差一倍左右，因此焊点主要是受温度变化下两者膨胀速度不同带来的剪切力，而该剪切力的大小与两种材料之间的垂向距离成正比，本文中的方法使用焊柱增加了原有高度，原有高度约0.1mm，焊柱高度为2.21mm，因此焊点受力降低约22倍，从而其可靠性得到了提高。
焊柱4可采用Pb90Sn10焊柱或Pb80Sn20铜缠绕柱，当LCCC器件增加了焊柱后，因为焊柱4是圆柱体，那么就需要将PCB板的焊盘设计成圆形的，可更好地适应焊柱4的焊接。
具体为：将上模具5与下模具6使用螺钉通过连接孔1进行装配，通过下模具6保证植柱的共面度，通过上模具5的开孔尺寸及结构尺寸保证植柱的垂直度、位置度，将图4所示焊柱4使用镊子摆入装配好的工装的植柱孔2内，对器件焊盘进行焊膏印刷后，贴装于焊柱4上，如图5所示，通过再流焊接完成植柱。
在常温下焊膏可将电子元器件初粘在既定位置，当焊膏被加热到一定温度时，随着溶剂和部分添加剂的挥发、合金粉的熔化，焊膏再流使被焊元器件与焊盘互连在一起经冷却形成永久连接的焊点。
共面度由植柱的方法决定，植柱过程中焊柱的自由端是放置在植柱工装下模具的表面上，而其表面为平面，在重力作用下即可保证所有焊柱自由端的共面度；垂直度由植柱工装上模具的厚度及植柱孔直径保证，为了保证垂直度，植柱工装上模具的厚度设计为1.2～1.8mm，植柱孔直径设计为0.55～0.61mm；位置度由植柱工装上模具的植柱孔位置决定，圆孔的中心对应于原器件焊盘的中心，具体尺寸根据器件尺寸大小而定。
植柱完毕后器件的最终形貌如图5所示，器件植柱后的关键参数包括：焊柱垂直度、焊柱共面度及焊柱位置度。以上参数均满足QJ 3086A《表面和混合安装印制电路板组装件的高可靠性焊接》第6.2条要求。
本发明的应用实施例如图5所示。可以看出，器件焊点的应力释放空间得到显著增加，进而提高了器件焊接后的服役可靠性。应力释放空间指的就是器件本体底部到PCB板之间的距离，原来是直接由焊膏连接，其高度约0.1mm，改善后中间连接了焊柱4，焊柱的高度为2.21mm，焊点受力降低约22倍，因此应力释放空间得到了显著增加。
传统的LCCC封装器件在进行该工艺改善前进行完第一次三个方向振动试验再进行约20次温度循环试验后，出现焊点开裂失效，而经过改善后的LCCC封装器件进行完振动试验、500次温度循环试验及冲击试验后也未发生焊点开裂现象。大幅提高了器件的组装可靠性及整机使用寿命，消除了质量隐患，从源头上解决了LCCC器件因可靠性问题导致的军用电子产品组装失效问题。
此外，针对不同尺寸的LCCC封装器件，根据器件本体及焊点数量调整模具尺寸，上述植柱焊接工艺方法能够满足不同尺寸器件的植柱焊接要求，具有较强的普适性。

Claims (8)

1.一种LCCC器件植柱焊接工装，其特征在于，包括装配在一起的上模具(5)和下模具(6)，上模具(5)上布设有多个用于安装焊柱(4)的植柱孔(2)，植柱孔(2)的开设位置与LCCC封装器件本体(3)的焊盘位置相对应。
2.根据权利要求1所述的LCCC器件植柱焊接工装，其特征在于，上模具(5)和下模具(6)上均开有多个连接孔(1)，连接孔(1)中装有螺钉，上模具(5)和下模具(6)通过螺钉连接。
3.根据权利要求1所述的LCCC器件植柱焊接工装，其特征在于，连接孔(1)均匀布设于上模具(5)和下模具(6)的周边。
4.根据权利要求1所述的LCCC器件植柱焊接工装，其特征在于，植柱孔(2)均匀布设于上模具(5)的中间。
5.根据权利要求1所述的LCCC器件植柱焊接工装，其特征在于，焊柱(4)采用Pb90Sn10焊柱或Pb80Sn20铜缠绕柱。
6.根据权利要求1所述的LCCC器件植柱焊接工装，其特征在于，上模具的厚度为1.2～1.8mm，植柱孔直径为0.55～0.61mm。
7.采用权利要求1～6任意一项所述LCCC器件植柱焊接工装对LCCC器件植柱的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)将上模具(5)与下模具(6)进行装配，取多个焊柱(4)，将多个焊柱(4)依次放入每个植柱孔(2)内；
2)对LCCC封装器件本体(3)的焊盘进行焊膏印刷，然后将LCCC封装器件本体(3)的焊盘贴装于焊柱(4)上，通过再流焊接完成植柱。
8.根据权利要求7所述的对LCCC器件植柱的方法，其特征在于，在将焊柱(4)放入植柱孔(2)内时，使用夹具夹取焊柱(4)。
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