CN112338307A - 一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法及装置，涉及电路板技术领域，其技术方案要点是：检测接地面与锡盘的异常信息；将PCB板水平放置在焊接装置中，目标芯片置于PCB板的下表面；将红外辐照加热器的辐照端口正对着PCB板上表面中与目标芯片接地面对应区域；根据异常信息启动红外辐照加热器对接地面对应的焊盘进行辐照加热，直至焊盘加热熔化后在重力作用、流动特性影响下呈现水滴形状。本发明无需通过改变电路板封装工艺来解决焊接缺陷，使得电路板封装保持低成本，其适用性强；也无需将完成贴片的封装芯片拆卸后进行补差焊接，焊接工艺简单，对其他零件无影响，无二次返工；补差焊接结果良好、无锡膏缝隙存在。

Description

一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法及装置
技术领域
本发明涉及电路板技术领域，更具体地说，它涉及一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法及装置。
背景技术
SD7646、SDB7001、SD7666等量产型号的电路板主要是应用于机载、车载、弹载设备中的信息处理板，受其应用环境要求此类型的信息处理板需要具有一定的抗震性能和稳定性。但是，在生产过程及交付用户使用后，发现同类型封装的器件部分存在异常，经多次分析排查，初步定位为封装芯片焊接问题，在进行焊接问题排查时，其主要是故障芯片的中间接地部分悬空，未实现中间接地要求。
通过实际分析，如图1所示，图中标注均为标准尺寸NOM，即单位为mm。造成该类型器件接地焊接异常的原因是芯片四周引脚与接地面存在高度差异，范围：0.05mm～0.15mm，而钢网厚度为0.13mm，根据实际焊接效果判断，芯片四周引脚与接地面的高度差异>0.13mm，造成接地面未与PCB板对应焊盘接触或充分接触。
目前，针对上述接地焊接异常问题主要有以下解决方式：第一方面，增加整面钢网厚度，钢网厚度由目前的0.13mm调整为0.15mm，确保接地面与PCB焊盘可靠焊接；但是当前大部分产品钢网厚度均为0.13mm，若冒然更改厚度，可能对其他器件焊接质量造成影响；其次，芯片与接地面实际高度差可能超过0.15mm。第二方面，采用阶梯钢网增加该芯片局部钢网厚度，其他位置不变。UP钢网厚度暂定为0.155mm，克服因零件脚不平整而引起的虚焊等问题；但是，阶梯钢网不易制作（尤其是DOWN），成本上升约40%，在钢网本身厚度基础上，厚度最大能增加0.12mm左右。第三方面，增大钢网开窗面积，扩大钢网上的该器件接地开窗面积，通过计算及验证，找到合适的开窗大小，确保该器件中间的接地及四周引脚均可靠连接，且四周引脚无虚焊现象；但是需多次验证，找到合适的开窗面积，锡量过多会导致芯片四周引脚虚焊，锡量过少，达不到改善目的；同时，由于该类型封装器件的中间接地面积大小不统一，需逐一进行验证，找到每种封装类型的准确开窗面积，验证工作量大。
综上，现有的接地焊接异常处理措施存在一定的限制。因此，如何研究设计一种高效、应用范围广的高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法及装置。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，包括以下步骤：
S101：采用X-RAY检测异常电路板中目标芯片中心的接地面与PCB板表面对应锡盘的异常信息；
S102：将PCB板水平放置在焊接装置中，目标芯片置于PCB板的下表面；
S103：将焊接装置中红外辐照加热器竖向放置在PCB板上表面，且将红外辐照加热器的辐照端口正对着PCB板上表面中与目标芯片接地面对应区域；
S104：根据异常信息启动红外辐照加热器对接地面对应的焊盘进行辐照加热，直至焊盘加热熔化后在重力作用、流动特性影响下呈现水滴形状；
S105：待焊盘加热呈水滴形状后中止辐照加热，等待焊盘在余热作用下持续扩张；若扩张的水滴形状冷却后与目标芯片中心的接地面达到接触标准，则完成补差焊接；若未达到接触标准，则启动红外辐照加热器二次加热，直至达到接触标准。
进一步的，所述红外辐照加热器以输出环带状的辐射区域对焊盘进行由外而内的加热熔化，辐照加热控制时间由异常信息计算得到。
进一步的，所述红外辐照加热器的辐照加热控制时间获取具体为：
通过X-RAY检测获取异常电路板的预处理灰度图像；
根据预设灰度值范围从预处理灰度图像中提取出目标灰度图；
获取目标灰度图的检测灰度值范围和半径大小；
根据检测灰度值范围和预设灰度值范围计算得到目标灰度图的变换系数，并结合目标灰度图的半径大小计算得到目标灰度图的灰度分布密度；
根据标准控制时间、变换系数和灰度分布密度拟合得到控制时间与目标灰度图半径的拟合曲线。
进一步的，所述红外辐照加热器的辐照加热控制时间具体计算过程为：
Figure 285652DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 699316DEST_PATH_IMAGE002
为辐照加热控制时间；
Figure 582958DEST_PATH_IMAGE003
为标准控制时间；
Figure 56665DEST_PATH_IMAGE004
为常数；
Figure 760178DEST_PATH_IMAGE005
为预设灰度值范围的中点值；
Figure 711954DEST_PATH_IMAGE006
为检测灰度值范围的中点值；
Figure 715682DEST_PATH_IMAGE007
为检测灰度值范围的始点值；
Figure 360290DEST_PATH_IMAGE008
为检测灰度值范围的终点值；
Figure 816679DEST_PATH_IMAGE009
为目标灰度图的半径；
Figure 572145DEST_PATH_IMAGE010
为半径
Figure 164801DEST_PATH_IMAGE009
的坐标值，沿朝向目标灰度图的圆心方向减小，且不为0。
进一步的，所述焊盘辐照加热时向PCB板表面施加纵向振动以加快焊盘外部熔化后的锡膏汇聚成形。
进一步的，所述红外辐照加热器与PCB板上表面的垂直距离为焊盘最大水平尺度的0.5-1.0倍。
进一步的，所述红外辐照加热器同轴设置有定位器，通过定位器输出红外线垂直指向接地面实现红外辐照加热器在PCB板上表面的正对区域定位。
第二方面，提供了一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接装置，包括基座、竖向轴以及辐照端口竖直向下设置的红外辐照加热器；基座通过机械臂固定连接有套筒，套筒活动连接有竖向轴，竖向轴设有调节伸缩杆；红外辐照加热器与竖向轴顶端通过水平横杆固定连接；基座上表面垂直设置有用于放置PCB板的支撑柱。
进一步的，所述竖向轴底端通过水平横杆固定连接定位器，定位器的红外线输出方向与红外辐照加热器同轴设置。
进一步的，所述支撑柱上端面设有与PCB板接触的振动器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过对封装芯片的接地面与PCB板上焊盘之间存在缺陷的异常电路板直接进行补差焊接，无需通过改变电路板封装工艺来解决焊接缺陷，使得电路板封装保持低成本，其适用性强；此外，也无需将完成贴片的封装芯片拆卸后进行补差焊接，不仅焊接工艺简单，且对其他零件无影响，无二次返工；另外，本发明提供的焊接装置所形成的补差焊盘与加工芯片的接地面连接良好、无锡膏缝隙存在，整体抗震性能好。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中芯片封装尺寸示意图；
图2是本发明实施例中异常电路板的X-RAY检测效果图；
图3是本发明实施例中焊接装置的整体结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
101、基座；102、机械臂；103、套筒；104、竖向轴；105、调节伸缩杆；106、水平横杆；107、红外辐照加热器；108、定位器；109、支撑柱；110、振动器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图1-3，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，如图3所示，包括以下步骤：
S101：采用X-RAY检测异常电路板中目标芯片中心的接地面与PCB板表面对应锡盘的异常信息；X-RAY异常检测效果如图2所示，图中a所示的线框区域表示接地面区域，图中b所示的填充阴影区域表示锡盘区域；
S102：将PCB板水平放置在焊接装置中，目标芯片置于PCB板的下表面；
S103：将焊接装置中红外辐照加热器107竖向放置在PCB板上表面，且将红外辐照加热器107的辐照端口正对着PCB板上表面中与目标芯片接地面对应区域，红外辐照加热器107的辐照的辐照方向如图3中的A方向所示；
S104：根据异常信息启动红外辐照加热器107对接地面对应的焊盘进行辐照加热，直至焊盘加热熔化后在重力作用、流动特性影响下呈现水滴形状；
S105：待焊盘加热呈水滴形状后中止辐照加热，等待焊盘在余热作用下持续扩张；若扩张的水滴形状冷却后与目标芯片中心的接地面达到接触标准，则完成补差焊接；若未达到接触标准，则启动红外辐照加热器107二次加热，直至达到接触标准。需要说明的是，接触标准为产品合格检验标准。
在本实施例中，红外辐照加热器107以输出环带状的辐射区域对焊盘进行由外而内的加热熔化，辐照加热控制时间由异常信息计算得到。
红外辐照加热器107的辐照加热控制时间获取具体为：
(1)通过X-RAY检测获取异常电路板的预处理灰度图像；预处理灰度图像即为锡盘区域，锡盘区域的形状可以是圆形、椭圆形或其他不规则形状；
(2)根据预设灰度值范围从预处理灰度图像中提取出目标灰度图；
(3)获取目标灰度图的检测灰度值范围和半径大小；当截取的目标灰度图内存在灰度区域的形状为不规则形状时，通过等面积变换计算类似圆的半径作为目标灰度图的半径；
(4)根据检测灰度值范围和预设灰度值范围计算得到目标灰度图的变换系数，并结合目标灰度图的半径大小计算得到目标灰度图的灰度分布密度；
(5) 根据标准控制时间、变换系数和灰度分布密度拟合得到控制时间与目标灰度图半径的拟合曲线。将拟合曲线作为输入参数实时控制红外辐照加热器107随着辐射区域由外而内变化动态调整辐照加热控制时间。
红外辐照加热器107的辐照加热控制时间具体计算过程为：
Figure 980310DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 923995DEST_PATH_IMAGE002
为辐照加热控制时间；
Figure 506590DEST_PATH_IMAGE003
为标准控制时间；
Figure 219331DEST_PATH_IMAGE004
为常数；
Figure 940163DEST_PATH_IMAGE005
为预设灰度值范围的中点值；
Figure 371144DEST_PATH_IMAGE006
为检测灰度值范围的中点值；
Figure 468413DEST_PATH_IMAGE007
为检测灰度值范围的始点值；
Figure 301240DEST_PATH_IMAGE008
为检测灰度值范围的终点值；
Figure 192972DEST_PATH_IMAGE009
为目标灰度图的半径；
Figure 111250DEST_PATH_IMAGE010
为半径
Figure 12210DEST_PATH_IMAGE009
的坐标值，沿朝向目标灰度图的圆心方向减小，且不为0。
在本实施例中，焊盘辐照加热时向PCB板表面施加纵向振动以加快焊盘外部熔化后的锡膏汇聚成形。
在本实施例中，红外辐照加热器107与PCB板上表面的垂直距离为焊盘最大水平尺度的0.5-1.0倍。
在本实施例中，红外辐照加热器107同轴设置有定位器108，通过定位器108输出红外线垂直指向接地面实现红外辐照加热器107在PCB板上表面的正对区域定位。
实施例2
一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接装置，如图3所示，包括基座101、竖向轴104以及辐照端口竖直向下设置的红外辐照加热器107；基座101通过机械臂102固定连接有套筒103，套筒103活动连接有竖向轴104，竖向轴104设有调节伸缩杆105；红外辐照加热器107与竖向轴104顶端通过水平横杆106固定连接；基座101上表面垂直设置有用于放置PCB板的支撑柱109。
在本实施例中，竖向轴104底端通过水平横杆106固定连接定位器108，定位器108的红外线输出方向与红外辐照加热器107同轴设置。
在本实施例中，支撑柱109上端面设有与PCB板接触的振动器110。
工作原理：通过对封装芯片的接地面与PCB板上焊盘之间存在缺陷的异常电路板直接进行补差焊接，无需通过改变电路板封装工艺来解决焊接缺陷，使得电路板封装保持低成本，其适用性强；此外，也无需将完成贴片的封装芯片拆卸后进行补差焊接，不仅焊接工艺简单，且对其他零件无影响，无二次返工；另外，本发明提供的焊接装置所形成的补差焊盘与加工芯片的接地面连接良好、无锡膏缝隙存在，整体抗震性能好。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，其特征是，包括以下步骤：
S101：采用X-RAY检测异常电路板中目标芯片中心的接地面与PCB板表面对应锡盘的异常信息；
S102：将PCB板水平放置在焊接装置中，目标芯片置于PCB板的下表面；
S103：将焊接装置中红外辐照加热器竖向放置在PCB板上表面，且将红外辐照加热器的辐照端口正对着PCB板上表面中与目标芯片接地面对应区域；
S104：根据异常信息启动红外辐照加热器对接地面对应的焊盘进行辐照加热，直至焊盘加热熔化后在重力作用、流动特性影响下呈现水滴形状；
S105：待焊盘加热呈水滴形状后中止辐照加热，等待焊盘在余热作用下持续扩张；若扩张的水滴形状冷却后与目标芯片中心的接地面达到接触标准，则完成补差焊接；若未达到接触标准，则启动红外辐照加热器二次加热，直至达到接触标准。
2.根据权利要求1所述的一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，其特征是，所述红外辐照加热器以输出环带状的辐射区域对焊盘进行由外而内的加热熔化，辐照加热控制时间由异常信息计算得到。
3.根据权利要求2所述的一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，其特征是，所述红外辐照加热器的辐照加热控制时间获取具体为：
通过X-RAY检测获取异常电路板的预处理灰度图像；
根据预设灰度值范围从预处理灰度图像中提取出目标灰度图；
获取目标灰度图的检测灰度值范围和半径大小；
根据检测灰度值范围和预设灰度值范围计算得到目标灰度图的变换系数，并结合目标灰度图的半径大小计算得到目标灰度图的灰度分布密度；
根据标准控制时间、变换系数和灰度分布密度拟合得到控制时间与目标灰度图半径的拟合曲线。
4.根据权利要求3所述的一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，其特征是，所述红外辐照加热器的辐照加热控制时间具体计算过程为：
Figure 962950DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 115845DEST_PATH_IMAGE002
为辐照加热控制时间；
Figure 847041DEST_PATH_IMAGE003
为标准控制时间；
Figure 715771DEST_PATH_IMAGE004
为常数；
Figure 876625DEST_PATH_IMAGE005
为预设灰度值范围的中点值；
Figure 692265DEST_PATH_IMAGE006
为检测灰度值范围的中点值；
Figure 481230DEST_PATH_IMAGE007
为检测灰度值范围的始点值；
Figure 724123DEST_PATH_IMAGE008
为检测灰度值范围的终点值；
Figure 762487DEST_PATH_IMAGE009
为目标灰度图的半径；
Figure 116239DEST_PATH_IMAGE010
为半径
Figure 822026DEST_PATH_IMAGE009
的坐标值，沿朝向目标灰度图的圆心方向减小，且不为0。
5.根据权利要求2所述的一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，其特征是，所述焊盘辐照加热时向PCB板表面施加纵向振动以加快焊盘外部熔化后的锡膏汇聚成形。
6.根据权利要求1所述的一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，其特征是，所述红外辐照加热器与PCB板上表面的垂直距离为焊盘最大水平尺度的0.5-1.0倍。
7.根据权利要求1所述的一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接方法，其特征是，所述红外辐照加热器同轴设置有定位器，通过定位器输出红外线垂直指向接地面实现红外辐照加热器在PCB板上表面的正对区域定位。
8.一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接装置，其特征是，包括基座(101)、竖向轴(104)以及辐照端口竖直向下设置的红外辐照加热器(107)；基座(101)通过机械臂(102)固定连接有套筒(103)，套筒(103)活动连接有竖向轴(104)，竖向轴(104)设有调节伸缩杆(105)；红外辐照加热器(107)与竖向轴(104)顶端通过水平横杆(106)固定连接；基座(101)上表面垂直设置有用于放置PCB板的支撑柱(109)。
9.根据权利要求8所述的一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接装置，其特征是，所述竖向轴(104)底端通过水平横杆(106)固定连接定位器(108)，定位器(108)的红外线输出方向与红外辐照加热器(107)同轴设置。
10.根据权利要求8所述的一种高精密电路板封装芯片中心引脚补差焊接装置，其特征是，所述支撑柱(109)上端面设有与PCB板接触的振动器(110)。
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