專利名稱：一種染色試驗中撬起bga的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及球柵陣列(BGA)與印制板的分離技術，尤其涉及一種染色試驗中撬起 BGA的方法及裝置。
背景技術：
球柵陣列(BGA)封裝由于其效率、功能等方面的優勢已經廣泛應用于各種電子產品；而在中低檔的電子產品中，由于考慮到設計成本的因素，仍然廣泛的采用了回流焊和波峰焊雙面混裝的工藝路線。由于波峰焊工藝帶來的對PCBA組件的瞬時溫度沖擊以及局部熱應力問題，給BGA的應用帶來了一定的質量和可靠性問題。據有關機構研究統計，電子產品的故障缺陷中焊點失效的比例高達80%以上，這使得小型化、高密度化的電子組裝面臨著越來越大的挑戰。另外，全球電子產品無鉛化法規的推出，對各電子企業的原有鉛工藝向無鉛化工藝的轉變中的質量控制也帶來了諸多的問題。目前，為保證電子組裝的質量，針對BGA焊接質量的全面檢測，各種門類的測試和分析也得到了不同程度的重視和關注。X射線檢測、ICT測試、顯微剖切、三維檢測、染色試驗等方式均得到了不同程度的應用。但鑒于成本上的考慮，染色試驗成為一種最常用的手段，即用滲透性、著色性強的染料滲入BGA內部焊接點中，經過抽真空烘干后，在錫球錫裂的缺陷點造成著色，再用機械應力拔開BGA焊接封裝，形成明顯易觀測的缺陷證據。通過對錫球斷裂面的觀察，分析焊點斷裂的面積、形狀與分布狀況(應力集中位置)來確認其內部錫球的焊接面質量信息，提供設計與組裝工藝工程師故障分析或優化參考。染色評價試驗過程中，著色之后需用機械應力將BGA器件拔開，傳統的機械分離方法有三種(1)用夾鉗將元件夾住，并垂直將板面拉起。電子產品向小型化、薄型化發展， 用夾鉗夾住BGA的垂直拉拔法，難以緊緊夾住厚度很薄的BGA器件，拔開需要多次進行，直接用夾鉗夾住BGA的邊緣容易對其造成損傷，也不能保證每次都能夠將BGA整個拔起，可能出現BGA對半折斷的情況，BGA封裝料可能被夾脫落，其下方的焊球卻依然附著在印制板上，因此，不能全面的評價BGA的焊接質量。(2)反復彎曲印制板(PCB)將BGA去除。反復彎曲印制板將BGA去除的方法很費時，而且成功率不高，除非BGA的焊球存在非常大面積的斷裂面，焊接質量非常差、不牢靠，才有可能在簡單重復的多次彎曲印制板的過程中就將 BGA和PCB分離。(3)用普通的刀橇BGA。用普通的刀橇BGA每次只能從BGA的一個角落或者一側邊緣入手撬起進行分離，想通過該方法將整個BGA從PCB上分離出來，難度非常大，很難獲得完整的分離面，可能出現與刀尖接觸的區域范圍內的BGA已經局部分離脫落， 但是遠離刀尖的區域則仍然焊接在PCB板上的情況。上述三種機械方法的結果雖然能夠將 BGA器件從PCB板上于離，但是效果并不好，費勁、費時且經常弄壞BGA，影響后續對BGA焊接質量的觀察分析。現有的機械分離方法并不能很好地解決BGA染色后起拔的問題，需要一種新的、 行之有效的方法及裝置來實現BGA與印制板的分離，以便更好的利用染色試驗評價BGA焊
接質量。

發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種染色試驗中撬起BGA的方法及裝置，解決染色試驗中現有機械分離方法不能很好地實現BGA染色后與印制板起拔分離的問題。為了實現上述目的，本發明的裝置的技術方案為一種染色試驗中撬起BGA的裝置，用于分離BGA和印制板，包括固緊導向螺栓、導向座和第一底座，導向座疊接在第一底座的上方，在導向座內設置可上下移動的內置螺紋套筒，該內置螺紋套筒與第一底座貫通， 固緊導向螺栓依次穿過內置螺紋套筒和第一底座，固緊導向螺栓露出的根部用于與BGA表面澆注包封，固緊導向螺栓露出的尾部套上小螺母，該小螺母置于內置螺紋套筒的上方， 內置螺紋套筒外嵌套大螺母，該大螺母的下端面與導向座的上端面相接觸，第一底座的下部用于與印制板抵接。優選地，該裝置還包括第二底座，該第二底座連接在第一底座中并與印制板抵接。本發明的方法利用權利要求1的裝置將染色之后的BGA撬起，它包括如下步驟 (1)將固緊導向螺栓的根部貼緊BGA器件的上封裝表面擺放，固緊導向螺栓尾端朝上豎立， 利用環氧樹脂將固緊導向螺栓的根部與BGA表面澆注包封起來，第一底座的下部與印制板抵接；( 等環氧樹脂完全固化后，將已經牢牢附著在BGA器件表面的固緊導向螺栓的尾端插進內置螺紋套筒，給穿過內置螺紋套筒后外露的螺栓部分套上小螺母并擰緊，小螺母置于內置螺紋套筒的上方；C3)順時針旋轉與內置螺紋套筒嵌套的大螺母，使內置螺紋套筒在導向座內向上運動，固緊導向螺栓也隨著內置螺紋套筒向上運動，與此同時，第一底座給印制板施加向下壓力；(4)在環氧樹脂固封作用力、大螺母旋轉施加力及第一底座下壓施加力作用下，BGA與印制板的運動方向是相反的，最終BGA與印制板被拉脫，實現兩者的分
1 O優選地，從固緊導向螺栓根部起，固封的環氧樹脂高度約為1 2cm。優選地，第二底座連接在第一底座中并與印制板抵接，增加底座與印制板的接觸面積，均衡向下的施加力。與現有技術相比本發明能夠解決染色試驗后BGA起拔過程費時、費勁、BGA易損壞而影響后續觀察分析、焊接質量難斷定的問題，能夠方便地將染色后的BGA與印制板分離，明顯的顯示出BGA焊點裂縫的分布情況。整個撬起過程中不會對BGA造成機械損傷，有助于染色試驗更簡單易行的完整操作，對檢驗BGA組裝工藝時更高效。特別是，在電子產品無鉛化的過程中，為了找到能很好代替錫鉛的焊料，業界對各種新型的材料進行大量的可靠性試驗，試驗后常用染色試驗來展示焊點的耐久性，本發明也有利于上述試驗的開展。下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明，但本發明不局限于這些實施例，任何在本發明基本精神上的改進或替代，仍屬于本發明權利要求書中所要求保護的范圍。


圖1本發明的裝置結構示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1，本發明的染色試驗中撬起BGA的裝置包括固緊導向螺栓101、小螺母 102、導向座201、內置螺紋套筒20 、大螺母203、第一底座301、第二底座302、七個短M4螺栓401 ；導向座與第一底座之間、第一底座與第二底座之間通過短M4螺栓連接，導向座疊接在第一底座的上方，內置螺紋套筒設置在導向座內并可上下移動，該內置螺紋套筒與第一底座貫通，固緊導向螺栓依次穿過內置螺紋套筒和第一底座，固緊導向螺栓露出的根部用于與BGA表面澆注包封，固緊導向螺栓露出的尾部套上小螺母，該小螺母置于內置螺紋套筒的上方，內置螺紋套筒外嵌套大螺母，該大螺母的下端面與導向座的上端面相接觸，第一底座的下部與印制板抵接，第二底座連接在第一底座內并與印制板抵接，增大了與印制板的接觸面積，均衡了向下的施加力。將染色之后BGA撬起的具體實施方法和過程如下(1)樣品固封染色BGA樣品(此時BGA和印制板尚未分離)從烘箱中取出后進行室溫下放置，直至完全冷卻后，將撬起裝置的固緊導向螺栓101的根部貼緊BGA器件的上封裝表面擺放，固緊導向螺栓101尾端朝上豎立。利用環氧樹脂將固緊導向螺栓101的根部與BGA表面澆注包封起來(即樣品固封)，固封的環氧樹脂高度約為1 2cm(從螺栓根部算起)。此時的固緊導向螺栓101和BGA以及印制板構成一個整體。(2)撬起過程等環氧樹脂完全固化后，將已經牢牢附著在BGA器件表面的固緊導向螺栓101的尾端插進撬起裝置中內置螺紋套筒202的中間通孔，螺栓尾部外露。給穿過該通孔后外露的螺栓部分套上小螺母102并擰緊，小螺母102置于內置螺紋套筒202的上方。 順時針旋轉與導向座內置螺紋套筒202嵌套的大螺母203，使導向座內置螺紋套筒202(可在導向座內向上或向下活動，由大螺母控制)向上運動。由于固緊導向螺栓101被小螺母鎖緊102嵌于內置螺紋套筒202之中。因此，固緊導向螺栓101也隨著內置螺紋套筒202 的向上運動而往上運動。而由樣品固封過程中可知，BGA已經通過環氧樹脂而緊緊的和固緊導向螺栓101固封在一起。所以，BGA也將隨著固緊導向螺栓101的向上運動而往上運動。與此同時，撬起裝置的第一底座301和第二底座302給印制板施加了向下壓力。在環氧樹脂固封作用力、“大螺母旋轉施加力-向上提拔”及“底座下壓施加力-向下壓緊”這三種作用力的作用下，BGA與印制板的運動方向是相反的，最終BGA與印制板將被拉脫、實現兩者的分離。(3)結果處理并觀察分析BGA和印制板分離之后，將印制板拿到顯微鏡下可對印制板上的焊球斷面進行觀察分析，并對染料滲入的焊點位置進行記錄。BGA上焊球的觀察則是先松開小螺母102，將固緊導向螺栓101從內置螺紋套筒202中取出來，得到的是固緊導向螺栓101與BGA構成的一個整體(BGA已經與印制板分離)。再用二甲基甲酰胺將環氧樹脂泡掉，固緊導向螺栓101)與BGA也實現了分離。則可以將BGA拿到顯微鏡下對其上的焊球斷裂面進行觀察分析，，并對染料滲入的焊點位置進行記錄。至此，BGA及印制板上的焊球均可以被觀察及分析焊接質量了。下面是一完整的可靠性測試實例回流焊和波峰焊雙面混裝印制板的BGA封裝經歷了波峰焊工藝之后，在可靠性測試中出現了較多的早期失效，通過失效模式確認、故障定位初步判斷為BGA的焊點附近出現了開路失效。利用X-ray等無損分析手段沒有發現BGA 焊點的明顯異常。對該BGA器件采取染色撬起和斷口分析試驗(具體過程如(1) (11) 所示)，發現大多數焊點出現平整的脆性斷口，且整個斷口被紅色染色劑染色，證實該位置的焊點在撬起之前已經完全分離，分離界面為封裝基板側和焊點之間。染色劑的分布顯示， 部分焊點在撬起試驗之前出現了全部或者部分的斷裂。通過對斷裂面的觀察，直接有效地確認了 BGA內部錫球的焊接面質量信息，為設計與組裝工藝工程師提供故障分析或優化參考。BGA染色試驗的過程如步驟(1) (11)所示。(1)將所關注的元器件同印制板上周圍的部件分開大約1. 5in到2in ；(2)用溶劑清潔BGA焊料突塊周圍的殘余助焊劑。去除所有殘余助焊劑和其他微粒物或油污使染料更容易滲入到裂紋處，沒有完全清除BGA突塊周圍的助焊劑會妨礙染料滲入，這樣將會給出錯誤的指示；(3)用水進行漂洗(如果需要，也可以使用異丙醇)，并將樣品烘干；(4)將分離出來的樣品浸入染料中；(5)將樣品連帶容器進行抽真空3 4分鐘。為了幫助染料滲入，可進行抽真空多次；(6)關掉真空泵，在真空狀態把樣品在染料中放置幾分鐘；(7)放掉剩余的真空，將樣品取出，并將多余的染料去掉；(8)將樣品在100°C條件下烘烤30分鐘左右，具體時間也可根據容器和樣品上的染料量來決定。染料必須完全烘干，否則會造成錯誤的結論；(9)將樣品從烘箱中取出后進行室溫下放置，直至完全冷卻；(10)用本發明的撬起方法及裝置(步驟詳見前面內容的闡述)將元器件去除；(該法替代了原來的“機械方式(如夾鉗、反復彎曲印制板等)”)；(11)最后通過目視或顯微鏡進行檢查，并記錄。本發明的優點如下(1)能夠將BGA完整的從印制板上拔起，實現完整分離，可全面觀察BGA的焊接質量；(2)不會給BGA帶入其他額外的機械損傷，BGA也不會出現對半折斷或者局部分離脫落的情況；(3)BGA撬起過程所需的機械力由撬起裝置的組成零部件搭配運作而產生，簡單易行、減少了對操作者身體素質的要求；(4)撬起裝置采用可裝卸的連接方法，使得該裝置操作簡便、安全，避免了使用刀具分離BGA時不小心會受傷的意外發生；(5)可適合于不同尺寸規格的BGA器件，最大面積約為64cm2。
權利要求
1.一種染色試驗中撬起BGA的裝置，用于分離BGA和印制板，其特征在于，包括固緊導向螺栓、導向座和第一底座，導向座疊接在第一底座的上方，在導向座內設置可上下移動的內置螺紋套筒，該內置螺紋套筒與第一底座貫通，固緊導向螺栓依次穿過內置螺紋套筒和第一底座，固緊導向螺栓露出的根部用于與BGA表面澆注包封，固緊導向螺栓露出的尾部套上小螺母，該小螺母置于內置螺紋套筒的上方，內置螺紋套筒外嵌套大螺母，該大螺母的下端面與導向座的上端面相接觸，第一底座的下部用于與印制板抵接。
2.根據權利要求1所述的染色試驗中撬起BGA的裝置，其特征在于，它還包括第二底座，該第二底座連接在第一底座中并與印制板抵接。
3.一種染色試驗中撬起BGA的方法，利用權利要求1的裝置將染色之后的BGA撬起，其特征在于，它包括如下步驟(1)將固緊導向螺栓的根部貼緊BGA器件的上封裝表面擺放，固緊導向螺栓尾端朝上豎立，利用環氧樹脂將固緊導向螺栓的根部與BGA表面澆注包封起來，第一底座的下部與印制板抵接；(2)等環氧樹脂完全固化后，將已經牢牢附著在BGA器件表面的固緊導向螺栓的尾端插進內置螺紋套筒，給穿過內置螺紋套筒后外露的螺栓部分套上小螺母并擰緊，小螺母置于內置螺紋套筒的上方；(3)順時針旋轉與內置螺紋套筒嵌套的大螺母，使內置螺紋套筒在導向座內向上運動，固緊導向螺栓也隨著內置螺紋套筒向上運動，與此同時，第一底座給印制板施加向下壓力；(4)在環氧樹脂固封作用力、大螺母旋轉施加力及第一底座下壓施加力作用下，BGA與印制板的運動方向是相反的，最終BGA與印制板被拉脫，實現兩者的分離。
4.根據權利要求3所述的染色試驗中撬起BGA的方法，其特征在于，從固緊導向螺栓根部起，固封的環氧樹脂高度約為1 2cm。
5.根據權利要求3所述的染色試驗中撬起BGA的方法，其特征在于，第二底座連接在第一底座中并與印制板抵接，增加底座與印制板的接觸面積，均衡向下的施加力。
全文摘要
本發明公開了一種染色試驗中撬起BGA的裝置，用于分離BGA和印制板，它包括固緊導向螺栓、導向座和第一底座，導向座疊接在第一底座的上方，在導向座內設置可上下移動的內置螺紋套筒，該內置螺紋套筒與第一底座貫通，固緊導向螺栓依次穿過內置螺紋套筒和第一底座，固緊導向螺栓露出的根部用于與BGA表面澆注包封，固緊導向螺栓露出的尾部套上小螺母，該小螺母置于內置螺紋套筒的上方，內置螺紋套筒外嵌套大螺母，該大螺母的下端面與導向座的上端面相接觸，第一底座的下部用于與印制板抵接。本發明還公開了一種染色試驗中撬起BGA的方法。
文檔編號B25B27/02GK102441865SQ20111027769
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者劉玉清, 宋芳芳, 林曉玲 申請人:工業和信息化部電子第五研究所