专利名称：Bga集成电路植珠装置及工艺的制作方法
技术领域：
本发明所属技术领域为电路板装配焊接，特别是涉及一种BGA封装的大规模集成电路的修复的工艺与装置。
本发明主要涉及以下技术背景①现代电子整机产品中，采用BGA(Ball Grid Array)封装的大规模集成电路已经大量使用，例如电脑中的CPU、总线控制器、数据控制器、显示控制器芯片等都采用BGA封装；②由于电路板在装配焊接过程中存在的缺陷，特别是产品在工作过程中因为散热不良而导致的热应力，BGA芯片损坏引发的整机故障是常见的；③统计表明，在已经损坏的BGA芯片中，电路逻辑上真正损坏的极少，绝大多数是芯片与电路板的连接被破坏，即电路板故障是由于BGA芯片虚焊或开焊引起的；④由于进货渠道和价格方面的原因，必须修复那些逻辑上没有损坏的BGA芯片修复的主要手段是为芯片植珠(植球)——即把已经损坏的锡珠(锡球)更新到芯片上去；⑤在修理电路板过程中，通过加热设备把不能正常工作的BGA芯片拆下来，同时原来固定在BGA芯片上用于连接的锡珠也被熔化；⑥如果能把这些电路逻辑没有损坏的BGA芯片重新焊接上新的锡珠(此过程被称为“BGA植珠”)，则这些芯片将能够作为好的器件再次使用在原来的电路板上；⑦由于现代电子产品更新换代极快，相应的大规模集成电路一般不能兼容互换，因此为维修电路板而购买原品牌、原型号的BGA芯片往往非常困难；⑧综上所述，BGA植珠装置对于提高电路修复率、降低维修成本，具有重要的意义。
对于以上修复过程，目前国内见到的装置和设备全部是国外进口，价格非常昂贵，BGA植珠装置一般作为焊接设备的附件，不仅需要另外订购，而且必须在主机的光学定位系统的支持下使用。
本发明提供的工艺及装置可以不需要借助任何光学定位系统，在非常简单的工艺条件下实现锡珠在BGA芯片的焊盘上定位，仅使用廉价的焊接设备，就可以高质量地完成BGA芯片的植珠，修复那些损坏了的集成电路，使之可以重复利用。
BGA集成电路植珠装置是由植珠台本体(4)、芯片定位架(7)、植珠模板(15)、模板架(9)所组成；植珠台本体的顶面上有一个凹台(18)，凹台的平面上开有排珠槽(2)和芯片定位槽(16)、芯片定位槽设置在植珠台本体的中部，在其一侧的排珠槽的底部低于芯片定位槽的底部，排珠槽内壁的一端开有排珠孔，排珠孔内壁攻有螺纹，用排珠孔丝堵(1)阻塞通道。在芯片定位槽的底平面上有一个螺丝孔(19)与芯片定位架上的埋头螺丝座(17)的孔相对应，芯片定位架紧密配合在芯片定位槽内，用埋头螺钉拧紧。芯片定位架中部开有方形的芯片定位通孔(6)，BGA芯片(13)紧密配合在芯片定位通孔中。植珠模板中部打有通孔群(14)，在靠边的一角有排珠通孔(8)，当植珠模板放置在凹台(18)上时，排珠通孔下部正好联通排珠槽，此时植珠模板中部的通孔群的孔与BGA芯片的焊盘群(12)的位置一一对应。模板架(9)中心部位开有方孔(10)，在模架板上平面有两个用于移动模板架的顶丝(11)，模架板压住芯片定位架并放置在凹台(18)内时，压钉(5)用于锁紧模板架。
下面结合附图
作进一步说明植珠台本体上的排珠槽、排珠孔用于储存、排出植珠过程中多余的锡珠；两个压钉用于植珠时锁定模板架，当压钉松开时，四个弹性顶柱(3)用于顶起植珠模板和模板架；芯片定位槽用于放置并固定芯片定位架。
芯片定位架用来定位需要植珠的BGA芯片，根据不同芯片的不同尺寸，几种芯片定位架上开有不同的方孔。修复BGA芯片时，应该选择不同的芯片定位架。
依据待修复芯片的不同，选择不同的植珠模板。植珠模板的厚度应该比锡珠的半径稍大，小于锡珠的直径，一般约为0.5mm。模板上根据各种BGA芯片的焊盘位置钻孔，钻孔位置必须和模板架、芯片定位架之间有比较严格的尺寸精度要求。
BGA植珠台使用工艺如下(1)对待植珠的BGA芯片清理焊盘，将焊盘上原来残留的锡珠和焊锡残渣清除后，用无水乙醇(工业酒精)清洗焊盘，保证无残留的污物。
(2)选择腐蚀性小的、无残留的助焊膏，在BGA芯片的焊盘上涂抹均匀。应该保证每一个焊盘都涂有助焊膏。
(3)根据BGA芯片的外形尺寸，选择与之配合的芯片定位架，根据BGA芯片的焊点分布，选择合适的模板。把芯片定位架锁定在植珠台本体上后，放入芯片并蒙上模板和模板架，仔细观察模板孔与芯片焊盘的位置关系，保证一一对应。用双面胶纸把模板粘贴在模板架上后，锁紧模板架，使模板与芯片贴合。
(4)往模板上倒入一定数量的锡珠，在桌面上均匀推动植珠台，使每个孔位的焊盘上落有一个锡珠，锡珠被助焊膏粘附在焊盘上。倾斜植珠台，使模板上多余的锡珠从排珠孔流入排珠槽。
(5)旋松模板架上的压钉，模板和模板架被弹性顶柱顶起来，向外拉出模板架，注意不要碰到芯片上的锡珠！如果有少量锡珠偏离BGA焊盘，应该用镊子进行适当调整。
(6)小心取出芯片，用加热设备对芯片上下双向加热。一般情况下，芯片下方的加热温度约为90～100℃，上方的加热温度约为160～200℃(需根据环境温度及周围空气对流的情况而调整)。最好使用红外线加热设备，如果使用热风设备，必须注意减小送风量。
(7)当芯片被加热到焊料开始浸润(约180℃)时，由于助焊剂和焊料表面张力的作用，锡珠将发生自动“对中”的过程——即每个焊盘上的锡珠会自动移动到焊盘的中心。这时，必须立即停止加热，避免锡珠进一步熔化。待芯片冷却后，植珠过程结束，此BGA芯片就已经修复。
本发明提供的BGA植珠装置的优点是1、与其它进口的装置不同，本装置在植珠过程中始终保持BGA芯片的焊盘向上，不仅使焊盘与锡珠的定位关系能够用人眼直接看到，不需要通过光学系统及显示器间接观察；并且，已经定位的锡珠不容易发生移位或脱落。
2、巧妙地利用了焊料在浸润状态下表面张力的作用，可以实现锡珠自动对中，在植珠过程中，从原理上就能够降低锡珠与焊盘的定位精度，因此，仅需要依靠集成电路的外部尺寸定位来保证植珠的精度。
3、本装置成本低廉，可以和多种加热设备配合使用，不需要高精度的光学定位系统支持。
本装置应用范围广泛与焊接设备配合，可以使用在维修各种采用BGA集成电路的电子设备的过程中，可以大大降低设备成本和芯片费用。例如，维修台式电脑或笔记本电脑主板、维修移动电话(手机)等。
权利要求
1.一种BGA集成电路植珠装置是由植珠台本体(4)、芯片定位架(7)、植珠模板(15)、模板架(9)所组成；其特征在于植珠台本体的顶面上有一个凹台(18)，凹台的平面上开有排珠槽(2)和芯片定位槽(16)，芯片定位槽设置在植珠台本体的中部，在其一侧的排珠槽的底部低于芯片定位槽的底部，排珠槽内壁的一端开有排珠孔，排珠孔内壁攻有螺纹，用排珠孔丝堵(1)阻塞通道。在芯片定位槽的底平面上有一个螺丝孔(19)与芯片定位架上的埋头螺丝座(17)的孔相对应，芯片定位架紧密配合在芯片定位槽内，用埋头螺钉拧紧。芯片定位架中部开有方形的芯片定位通孔(6)，BGA芯片(13)紧密配合在芯片定位通孔中。植珠模板中部打有通孔群(14)，在靠边的一角有排珠通孔(8)，当植珠模板放置在凹台(18)上时，排珠通孔下部正好联通排珠槽，此时植珠模板中部的通孔群的孔与BGA芯片的焊盘群(12)的位置一一对应。模架板(9)中心部位开有方孔(10)，在模架板上平面有两个用于移动模板架的顶丝(11)，模架板压住芯片定位架并放置在凹台(18)内时，压钉(5)用于锁紧模架板。
2.一种由植珠台本体(4)、芯片定位架(7)、植珠模板(15)、模板架(9)所组成的BGA集成电路植珠装置，其使用工艺的特征如下(1)对待植珠的BGA芯片清理焊盘，将焊盘上原来残留的锡珠和焊锡残渣清除后，用无水乙醇(工业酒精)清洗焊盘，保证无残留的污物。(2)选择腐蚀性小的、无残留的助焊膏，在BGA芯片的焊盘上涂抹均匀。应该保证每一个焊盘都涂有助焊膏。(3)根据BGA芯片的外形尺寸，选择与之配合的芯片定位架，根据BGA芯片的焊点分布，选择合适的模板。把芯片定位架锁定在植珠台本体上后，放入芯片并蒙上模板和模板架，仔细观察模板孔与芯片焊盘的位置关系，保证一一对应。用双面胶纸把模板粘贴在模板架上后，锁紧模板架，使模板与芯片贴合。(4)往模板上倒入一定数量的锡珠，在桌面上均匀推动植珠台，使每个孔位的焊盘上落有一个锡珠，锡珠被助焊膏粘附在焊盘上。倾斜植珠台，使模板上多余的锡珠从排珠孔流入排珠槽。(5)旋松模板架上的压钉，模板和模板架被弹性顶柱顶起来，向外拉出模板架，注意不要碰到芯片上的锡珠！如果有少量锡珠偏离BGA焊盘，用镊子进行适当调整。(6)小心取出芯片，用加热设备对芯片上下双向加热。一般情况下，芯片下方的加热温度约为90～100℃，上方的加热温度约为160～200℃(需根据环境温度及周围空气对流的情况而调整)。最好使用红外线加热设备，如果使用热风设备，必须注意减小送风量。(7)当芯片被加热到焊料开始浸润(约180℃)时，由于助焊剂和焊料表面张力的作用，锡珠将发生自动“对中”的过程——即每个焊盘上的锡珠会自动移动到焊盘的中心。这时，必须立即停止加热，避免锡珠进一步熔化。待芯片冷却后，植珠过程结束，此BGA芯片就已经修复。
全文摘要
本装置由植珠台本体、芯片定位架、植珠模板、模板架所组成，在植珠过程中始终保持BGA芯片的焊盘向上，使焊盘与锡珠的定位关系能够用人眼直接看到，不需要通过光学系统及显示器间接观察；已经定位的锡珠不容易发生移位或脱落。本装置可以和多种加热设备配合使用，不需要高精度的光学定位系统支持。在维修电路板的过程中，大大降低设备成本和芯片费用。
文档编号H01L21/02GK1489190SQ0213135
公开日2004年4月14日 申请日期2002年10月8日 优先权日2002年10月8日
发明者王卫平 申请人:王卫平