BGA植球方法pdf

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  1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 1.X (22)申请日 2020.03.16 (71)申请人 中国电子科技集团公司第三十六研 究所 地址 314033 浙江省嘉兴市南湖区洪兴路 387号 (72)发明人 金大元谢鑫万云 (74)专利代理机构 北京天达知识产权代理事务 所(普通合伙) 11386 代理人 程虹 (51)Int.Cl. H01L 21/60(2006.01) (54)发明名称 一种BGA植球方法 (57)摘要 本发明公开了一种BGA植球方法， 属于电子 装联技术领域， 解决了现。

  2、有技术中焊料球易滚 动、 偏移原位， 需要采取了专用模具， 设备昂贵， 成 本高的问题。 BGA植球方法， 包括如下步骤： 步骤 S1： 在BGA焊盘上施加焊膏； 步骤S2： 用贴片机贴 装焊料块； 步骤S3： 加热BGA器件及焊料块进行植 球， 得到焊球； 其中， 焊料块的形状为长方体或圆 柱体。 本发明的BGA植球方法效率高， 良率高， 成 本低。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 111341680 A 2020.06.26 CN 111341680 A 1.一种BGA植球方法， 其特征是， 包括如下步骤： 步骤S1： 在BGA焊盘上施加焊膏； 步骤S2： 用贴片机贴装焊料块；。

  3、 步骤S3： 加热BGA器件及焊料块进行植球， 得到焊球； 其中， 焊料块的形状为长方体或圆柱体。 2.依据权利要求1所述的BGA植球方法， 其特征是， 所述步骤S3包括如下步骤： S31、 室温下将BGA器件底面朝上放置于加热装置内； S32、 在一定的时间t1内以不超过K1的速率将BGA器件及焊料块升温至温度T1， 达到温度 T1后保温一段时间t2让焊料块熔化； S33、 保温后将BGA器件及焊料块缓慢冷却至室温并将BGA器件及焊料块从加热装置中 取出； 其中， T1大于焊料块熔点T2。 3.依据权利要求2所述的BGA植球方法， 其特征是， T1与T2之差为10-30。 4.依据权利要。

  4、求3所述的BGA植球方法， 其特征是， 所述S32中， 升温时间t1为90-300s， K1为1-3/s。 5.依据权利要求4所述的BGA植球方法， 其特征是， 所述S32中， 保温时间t2为10-20s。 6.依据权利要求5所述的BGA植球方法， 其特征是， 所述S33中， 冷却速率K2为2-5/ s。 7.根据权利要求2所述的BGA植球方法， 其特征是， 所述S32中， 焊料块熔化过程中避 免受外力扰动， 保证BGA器件水平放置于加热装置中。 8.依据权利要求1所述的BGA植球方法， 其特征是， 所述步骤S1中， 在BGA焊盘上施加 焊膏包括如下步骤： S11、 保证BGA底面平。

  5、整、 洁净； S12、 将BGA底面朝上， 在BGA焊盘上施加焊膏； S13、 焊膏施加完成后检查BGA焊盘上的焊膏， 确保无桥连、 无缺失。 9.依据权利要求1所述的BGA植球方法， 其特征是， 所述步骤S2中， 贴片机贴装焊料块 包括如下步骤： S21、 将BGA器件底面朝上固定于贴片机的贴装平台上， 载带包装放置于贴片机供料器 内； S22、 启动贴片机贴装程序， 使用贴片机单头吸嘴一次拾取一个焊料块或使用贴片机多 头吸嘴一次拾取多个焊料块； S23、 贴片机检查是不是正确拾取焊料块以及焊料块形状是不是满足程序设置要求； S24、 贴片机吸嘴自动将焊料块放置于BGA焊盘上对应位置。 10.。

  6、依据权利要求1-9所述的BGA植球方法， 其特征是， 所述焊膏与焊料块的合金成分 相同。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111341680 A 2 一种BGA植球方法 技术领域 0001 本发明涉及电子装联技术领域， 尤其涉及一种BGA植球方法。 背景技术 0002 BGA(球栅阵列封装)： 器件的输入输出端子以球状焊点并按阵列形式分布在本体 下面。 0003 目前从消费电子到航空航天中的电子科技类产品均大规模使用BGA器件， 该类封装器件 有引脚数量多、 尺寸小、 可靠性高、 价格昂贵等特点； BGA器件返修时， 焊球会被破坏， 因此复 用器件前需进行重新植球； 对航天等有极高可靠性要求的产。

  7、品也往往需要用植球工艺将 BGA上的无铅焊球替换为有铅焊球以保证焊点可靠性。 0004 目前器件封装厂采用的专用BGA自动化植球设备价格昂贵， 而且需根据器件尺寸 定制专用工装， 不足以满足一般的电子组装厂多品种、 小批量的BGA器件植球需求。 0005 目前电子组装过程中BGA器件植球一般都会采用BGA植球器， 该类工具一般由焊球漏板 和夹具组成， 焊球漏板一般都会采用不锈钢板激光开孔制作， 开孔直径略大于焊球直径， 开孔位 置根据BGA器件焊球位置确定； 夹具用于在植球过程中固定BGA器件及漏板， 从上到下依次 为漏板、 BGA器件、 夹具； 植球前BGA底面印刷焊膏或涂覆助焊剂， 并放置于夹具上。

  8、装上漏板； 操作时将焊球均匀撒于漏板上焊球会滚动至漏板孔内， 其余的焊球则可以滑动到漏板边 缘， 此时取下漏板则焊球留在BGA器件上； 最后整体加热BGA器件及焊球， 焊球即可熔化焊接 于BGA器件上， 完成植球操作。 此种方法价格低但对操作者的技术方面的要求高， 易使焊料球滚 动， 偏移原位， 由此产生短路的风险， 且针对不一样BGA值球需要采取了专用模具。 0006 目前的BGA植球方法大多需设计、 制作专用的焊球供给装置、 贴片机拾取吸嘴及 BGA载板； 是因为目前用于BGA植球的焊料球均是罐装， 贴片机无法从包装罐中识别并逐 个拾取焊球， 以往专利的解决办法为制作一个振动给料装置， 该装置通。

  9、过振动的方法将包 装罐中焊料球逐个顺序排列后供给贴片机识别/拾取； 该装置需专门定制， 且会占用贴片机 的供料仓位。 同时振动给料的效率较低， 供料过程中在贴片机吸取料位置可能没焊球或 者有多个焊球， 造成吸嘴需重新取料影响设备效率。 且一次供给一个焊球的效率较低， 无法 发挥贴片机高速贴装的效率， 且器件封装厂采用的专用BGA自动化植球设备价格昂贵； 而且 需根据器件尺寸定制专用工装， 不足以满足一般的电子组装厂多品种、 小批量的BGA器件植球 需求。 发明内容 0007 鉴于以上分析， 针对现存技术中的不足， 本发明旨在提供一种BGA植球方法， 至少 能解决以下技术问题之一： (1)焊料球。

  10、易滚动， 偏移原位， 由此产生短路的风险； (2)需要采 用专用模具， 设备昂贵， 成本高。 0008 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的： 0009 本发明提供了一种BGA植球方法， 包括如下步骤： 说明书 1/6 页 3 CN 111341680 A 3 0010 步骤S1： 在BGA焊盘上施加焊膏； 0011 步骤S2： 用贴片机贴装焊料块； 0012 步骤S3： 加热BGA器件及焊料块进行植球， 得到焊球； 0013 其中， 焊料块的形状为长方体或圆柱体。 0014 进一步的， 步骤S3包括如下步骤： 0015 S31、 室温下将BGA器件底面朝上放置于加热装置内； 0016 S。

  11、32、 在一定的时间t1内以不超过K1的速率将BGA器件及焊料块升温至温度T1， 达 到温度T1后保温一段时间t2让焊料块熔化； 0017 S33、 保温后将BGA器件及焊料块缓慢冷却至室温并将BGA器件及焊料块从加热装 置中取出； 0018 其中， T1大于焊料块熔点T2。 0019 进一步的， T1与T2之差为10-30。 0020 进一步的， S32中， 升温时间t1为90-300s， K1为1-3/s。 0021 进一步的， S32中， 保温时间t2为10-20s。 0022 进一步的， S33中， 冷却速率K2为2-5/s。 0023 进一步的， S32中， 焊料块熔化过程中避免受外。

  12、力扰动， 保证BGA器件水平放置于加 热装置中。 0024 进一步的， 步骤S1中， 在BGA焊盘上施加焊膏包括如下步骤： 0025 S11、 保证BGA底面平整、 洁净； 0026 S12、 将BGA底面朝上， 在BGA焊盘上施加焊膏； 0027 S13、 焊膏施加完成后检查BGA焊盘上的焊膏， 确保无桥连、 无缺失。 0028 进一步的， 步骤S2中， 贴片机贴装焊料块包括如下步骤： 0029 S21、 将BGA器件底面朝上固定于贴片机的贴装平台上， 载带包装放置于贴片机供 料器内； 0030 S22、 启动贴片机贴装程序， 使用贴片机单头吸嘴一次拾取一个焊料块或使用贴片 机多头吸嘴一次拾。

  13、取多个焊料块； 0031 S23、 贴片机检查是不是正确拾取焊料块以及焊料块形状是不是满足程序设置要求； 0032 S24、 贴片机吸嘴自动将焊料块放置于BGA焊盘上对应位置。 0033 进一步的， 焊膏与焊料块的合金成分相同。 0034 与现存技术相比， 本发明至少可实现如下有益效果之一： 0035 本发明提供的BGA植球方法， 通过利用焊料熔化后在表面张力作用下会收缩成球 形的特性， 将焊料球改为焊料块(形状为长方体或圆柱)， 这种焊料块在植球过程中不会滚 动， 避免了焊球偏移及短路； 焊料块放置于载带式包装内， 可以用常规SMT贴片机快速拾取； 该植球方法无需制作专用模具及供料器， 同时节省。

  14、了植球工装制作、 改进的费用及加工周 期(2-3天)， 能够大幅度的提升植球合格率、 植球效率和经济性， 例如效率提高3-16倍， 良率提高 10-42。 0036 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书里面阐述， 并且， 部分的从说明书里面变 得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 说明书 2/6 页 4 CN 111341680 A 4 附图说明 0037 附图仅用于示出具体实施例的目的， 而并不认为是对本发明的限制， 在整个附图 中， 相同的参考符号表示相同的部件。 0038 图1为本发明的焊料块形状示意图；。

  15、 0039 图2为本发明的焊料块放置于载带包装中示意图； 0040 图3为本发明的印刷焊膏示意图； 0041 图4为本发明的贴片机贴装焊料块示意图； 0042 图5为本发明的BGA焊盘上完成焊料块贴装的示意图； 0043 图6为本发明的BGA焊盘上焊料块熔化后形成焊球的示意图； 0044 图7为本发明的BGA焊盘上的焊球尺寸参数标注示意图； 0045 图8为本发明的实施例一的焊球的照片。 0046 附图标记： 0047 1-焊料块； 2-载带包装； 3-BGA器件； 4-BGA焊盘； 5-焊膏； 6-贴装平台； 7-贴片机供 料器； 8-贴片机吸嘴； 9-焊球。 具体实施方式 0048 下面结。

  16、合附图来具体描述本发明的优选实施例， 其中， 附图构成本发明的一部分， 并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。 0049 本发明提供了一种BGA植球方法， 包括如下步骤： 0050 步骤S1： 在BGA焊盘4上施加焊膏； 0051 步骤S2： 贴片机贴装焊料块1； 0052 步骤S3： 加热BGA器件3及焊料块进行植球， 得到球体的焊点(球体的焊点的实际形 状是球冠状， 为描述方便称为焊球9)。 0053 具体的， 步骤S2中， 焊料块1的形状为长方体(例如， 优选正方体)或圆柱体； 长方体 或圆柱体的焊料块熔化后由于表面张力势能趋向于最小化的作用下会形成近似球体的焊 点(原理类似荷叶上。

  17、的水珠)。 为保证形成的焊球9饱满， 需在BGA焊盘4上提供足量的焊料， 同时在焊料块熔化阶段应避免外力扰动导致焊点变形。 0054 需要说明的是， 为保证形成的焊球饱满， 焊料需足量， 因此需保证焊料块1的体积 V1等于焊球9的体积V， 焊球9的体积V的计算采用如下原理： 0055 BGA器件3上的焊球如图6所示， 若需计算一定体积的焊料块熔化后在BGA焊盘形成 的焊球的形状及尺寸， 考虑焊料表面张力及焊料自重作用， 此时影响因素有焊料体积、 焊膏 体积、 BGA焊盘直径、 焊料密度、 焊料表面张力。 与焊料块相比， 焊膏中的焊锡粉体积较小对 完成植球的焊料体积影响不大， 同时焊料自重只会引。

  18、起焊球轻微塌陷(植球效果最重要的 是需要保证焊球无缺失、 桥连、 虚焊等缺陷， 轻微塌陷不会影响整体效果)， 故简化计算， 不 考虑焊膏中的焊锡粉体积及焊料自重引起的焊球塌陷， 则在焊料表面张力作用下的焊球应 为如图7所示的一个标准球冠， H即为焊球高度， r为BGA焊盘半径， 此时球冠部分的体积为焊 球体积V。 球冠体积满足如下公式： 0056 说明书 3/6 页 5 CN 111341680 A 5 0057 具体来说， 假设某BGA焊盘直径为0.45mm， 所需焊球高度为0.6mm， 则r0.225mm， 可根据公式计算得V0.16mm3， 若采用正方体焊料块， 则长宽高均为0.55mm。

  19、的焊料块满足 要求； 若采用圆柱体的焊料块， 则直径0.45mm高度为0.5mm的圆柱焊料满足规定的要求。 0058 有必要注意一下的的是， 焊球高度H的精度为0.1mm， 例如， 假设某BGA焊盘直径为 0.45mm， 所需焊球高度为0.6mm， 若需保证焊球高度H的精度为0.1mm， 可根据公式计算得 焊料体积应在V0.1-0.23mm3。 若采用正方体焊料块则其长宽高应在0.46-0.612mm； 若采 用直径0.45mm的圆柱体的焊料块， 则高度应在0.31-0.72mm。 0059 需要说明的是， 步骤S1之前还包括焊料块的制备， 焊料块能够最终靠冲压、 铸造等机 械方法批量制作， 如图1所示， 。

  20、焊料块的形状为长方体或圆柱； 这也是因长方体或圆柱的 下底面和上表面均是平面， 方便固定及拾取， 因为贴片机吸嘴8(真空吸嘴)只能拾取顶面平 面物； 而底面为平面， 则便于放置且不易发生位置偏移。 0060 具体的， 焊料块制备完成后能够正常的使用自动载带包装机拾取焊料块放置于载带包装 2中， 焊料块按照固定间距及位置放置于载带包装的槽内。 如图2所示为焊料块放置于载带 包装中的示意图。 0061 具体的， 步骤S1中， 在BGA焊盘上施加焊膏包括如下步骤： 0062 S11、 保证BGA底面平整、 洁净， 去除多余的焊锡及助焊剂； 0063 S12、 将BGA底面朝上， 在BGA焊盘上施加焊膏；。

  21、 施加焊膏的方式包括焊膏印刷机印 刷、 自动点胶机点涂或锡膏喷印机喷印； 0064 S13、 焊膏施加完成的状态如图3所示， 焊膏施加完成后检查BGA焊盘上的焊膏， 确 保无桥连、 缺失等缺陷。 0065 具体的， S13中， 焊膏检查能够使用放大镜目视检查也能够使用焊膏印刷检查仪进 行。 0066 需要说明的是， 焊膏中的合金成分与焊料块的合金成分相同， 以避免合金熔化过 程不同步以及焊接后的BGA焊球合金元素偏析。 例如， 焊膏与焊料块为锡基合金， 包括但不 限于SnPb、 SnAgCu、 SnPbBi等含锡合金。 0067 具体的， 为保证涂敷效果， 根据焊膏施加工艺方法/助焊剂清洗要求。

  22、及BGA焊盘尺 寸选择正真适合型号的焊膏， 例如， 若BGA焊盘间距在0.5-1.27mm， 一般选择焊膏(3#)； 若焊盘间 距小于0.5mm， 需选用较小颗粒度的焊膏(4#或5#)保证涂敷效果； 免清洗工艺选用的焊膏， 助焊剂应为松香基(RO)或树脂基(RE)， 助焊剂残留物应为IPC-J-STD-004A标准中的L0/L1 级别。 0068 具体的， 步骤S2中， 贴片机贴装焊料块包括如下步骤： 0069 S21、 如图4所示， 将BGA器件底面朝上固定于贴片机的贴装平台6上， 载带包装放置 于贴片机供料器7内； 0070 S22、 启动贴片机贴装程序， 使用贴片机单头吸嘴一次拾取一个焊料块。

  23、或使用贴片 机多头吸嘴一次拾取多个焊料块； 0071 S23、 贴片机采用光学或者机械的方式检查是不是正确拾取焊料块以及焊料块形状 是不是满足程序设置要求； 0072 S24、 贴片机吸嘴自动将焊料块放置于BGA焊盘上对应位置； 0073 S25、 贴片机贴装完成后BGA上的焊料块如图5所示， 使用人工目检或者自动光学检 说明书 4/6 页 6 CN 111341680 A 6 查仪确认焊料块无漏贴装、 位置偏移等缺陷。 0074 需要说明的是， 上述S23中， 若焊料块的形状不符合程序设置要求或者未正确拾取 焊料块， 则需重新正确拾取符合程序设置要求的焊料块。 0075 具体的， 步骤S3包括如。

  24、下步骤： 0076 S31、 室温下将BGA器件底面朝上放置于加热装置内， 加热装置能采用红外回流 炉、 热风回流炉或汽相焊接设备； 0077 S32、 在一定的时间t1内以不超过K1的速率将BGA器件及焊料块升温至温度T1， 达 到温度T1后保温一段时间t2让焊料块熔化。 0078 具体的， S32中， 温度曲线并不全是一条以稳定斜率上升的曲线， 根据实际具体情 况温度曲线的斜率会发生明显的变化， 但曲线和升温时间一般是有要求的， 升温速 率过快会对芯片造成热冲击损伤， 时间过短会无法激活助焊剂活性， 时间过长会消耗助焊 剂， 造成焊膏氧化； 因此控制K1为1-3/s， t1为90。

  25、-300s。 0079 如果保温时间过短， 焊料在自身张力作用下形成焊球的时间不够， 不能形成焊球， 如果保温时间过长， 会造成焊膏氧化或焊膏过度熔解， 导致焊点合金层过厚。 因此， 控制保 温时间t2为10-20s。 0080 具体的， 最高温度T1高于焊料块熔点T2， 如果T1过高， 会对BGA器件造成热损伤或 者焊点合金层过厚， T1过低会造成焊料润湿不良或焊点合金层过薄或虚焊。 因此， 控制T1与 T2之差为10-30。 0081 S33、 保温后将BGA器件及焊料块缓慢冷却至室温并取出加热装置， 具体的， 冷却速 率过高会造成内部应力过大， 损伤BGA器件， 冷却速率过慢会造成焊球内。

  26、部晶粒粗化、 降低 焊点强度。 因此， 控制冷却速率K2为2-5/s。 0082 S34、 焊料块熔化后形成如图6所示的焊球， 待BGA冷却到室温后人工目检或使用自 动光学检查仪检查BGA焊球无缺失、 桥连、 虚焊等缺陷。 0083 具体的， S32中， 焊料块熔化过程应避免受外力扰动， 保证BGA器件水平放置于加热 装置中， 因此， BGA植球过程中的加热设备中的传送装置(传送链条或导轨或网链)应平稳运 行， 传送装置应调节至水平状态； 应合理设置降温速率， 保证完成从传送装置中取下完成焊 接的BGA器件时焊料已降温至熔点温度以下。 0084 具体的， 步骤S3之后， 使用水清洗、 气相清洗。

  27、、 手工漂洗等方式去除BGA焊球上的助 焊剂。 0085 实施例一 0086 本实施例提供的BGA植球方法中， 焊球数量为484个， 相邻焊盘的中心距为1.0mm， BGA器件的尺寸为2323mm。 焊料块为正方体， 长宽高为： 0.550.550.55mm， 焊料块成分 为Sn63Pb37合金， 焊膏为Sn63Pb37合金， 3#粉， ROL0助焊剂。 焊膏印刷采用0.15mm厚度钢网， 钢网开孔直径为0.4mm。 0087 操作的流程中将16块BGA器件同时放在载具中， 批量完成焊膏印刷、 焊料块放置、 回 流焊接等工序。 0088 焊膏印刷采取了自动焊膏印刷机， 1-2min即可自动完成焊膏。

  28、印刷。 焊料块拾取放置 采用高速贴片机， 16块BGA芯片12min左右就可以完成焊料块拾取放置， BGA植球焊接采用10温 区热风回流炉， 焊接时间约5min。 均分到每块BGA芯片的植球时间约70s。 说明书 5/6 页 7 CN 111341680 A 7 0089 植球过程中的相关参数具体为： 升温时间t1为200s， K1为2/s， 最高温度T1为205 ， 焊料块熔点T2为183， 保温时间t2为15s， 冷却的速率K2为3/s。 0090 完成植球后， 观察发现焊球基本饱满， 焊球无缺失、 桥连、 虚焊等缺陷， 焊球实物如 图8所示， 焊球高度为0.51-0.63mm， 焊球直径为。

  29、0.62-0.75mm。 0091 实施例二 0092 本实施例提供的BGA植球方法中， 焊料块为圆柱体， 圆柱直径0.55mm， 圆柱高度 0.45mm， 其余参数与实施例一相同， 在此不一一赘述。 0093 植球过程中的相关参数具体为： 升温时间t1为200s， K1为2/s， 最高温度T1为205 ， 焊料块熔点T2为183， 保温时间t2为15s， 冷却的速率K2为3/s。 0094 完成植球后， 观察发现焊球基本饱满， 焊球无缺失、 桥连、 虚焊等缺陷， 焊球高度为 0.52-0.62mm， 焊球直径为0.62-0.74mm。 0095 实施例一和二的BGA植球时间约70s， 若采用。

  30、工装植球时间约20min， 若采用以往发 明中的植球方法受制于振动供料的效率， 一般植球时间约5-10min； 采用工装植球极易发生 焊球缺失/粘连等问题， 一般植球良率只有70左右(参见 BGA植球的实验研究与工艺方 法 -电子机械工程2015-2)； 若采用以往发明中的贴片机植球方法， 极易发生焊料球吸取失 败/光学检查误判等问题， 一般植球良率只有90左右。 本实施例中由于无需对贴片机进行 改装， 一般植球良率能够达到设备贴装良率99-99.7。 0096 可见， 采用本实施例的BGA植球方法效率提高3-16倍， 良率提高10-42。 0097 与现存技术相比， 本发明的BGA植球方法无。

  31、论是在实施效率及良率上均有非常大 的改善， 同时节省了植球工装制作、 改进的费用及加工周期(2-3天)， 很适合当前电子组 装行业繁复多种的BGA植球需求， 本方法无需设计制作专业锡球供料装置及工装， 避免安装 供料装置造成的生产线停顿， 提高了植球效率及植球良率。 0098 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， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围以内。 说明书 6/6 页 8 CN 111341680 A 8 图1 图2 图3 说明书附图 1/3 页 9 CN 111341680 A 9 图4 图5 图6 说明书附图 2/3 页 10 CN 111341680 A 10 图7 图8 说明书附图 3/3 页 11 CN 111341680 A 11 。