一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置制造方法及图纸

一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置，它涉及一种利用气缸的气压传动装置，具体涉及一种用于测量焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置。本发明专利技术为解决现有拉拔测试PCB板夹持不平、焊柱易受机械损伤、焊柱不能保证完全垂直向上、匀速匀力拔出、不能测试较大直径焊点的剪切问题。本发明专利技术包括载物台组件、定位板组件、定位挂架组件、推拉力计组件、夹具体组件、推刀组件、底板与顶板组件和立板组件，所述定位挂架组件安装在所述顶板组件的方形沟槽孔槽孔中，所述载物台组件安装在所述定位板组件中并依靠所述动力装置（气缸）实现垂直匀速向上向下运动。本发明专利技术属于电子产品领域。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置
本专利技术涉及一种利用气缸的气压传动装置，具体涉及一种用于测量焊柱的拉脱载荷及焊点剪切性能的辅助装置，属于电子产品领域。
技术介绍
CGA互连是指在焊料球中，通过相关的植柱设备将焊柱植入钎料球内。该互连形式的特点是利用焊柱代替了10Sn90Pb高Pb焊料柱，一定程度上减少了对环境的污染；此外，CGA互连有利于提高封装密度且力学性能、散热及电气性能更优，在服役过程中也可以通过焊柱的变形来释放部分应力，故而在微电子封装领域应用广泛。利用精密微型台钻进行CGA植柱工艺时，钎料与焊柱的连接强度至关重要；它直接决定了CGA互连的力学性能，也在一定程度上间接反映了界面层的状况，所以很有必要测量二者连接强度；目前现有测量焊柱拉脱载荷及焊点剪切强度的原理，测量焊柱的拉脱载荷采用传统的小型台虎钳、WJJ-01推拉力计钳口夹具和SF-200数显推拉力计测量，具体操作是将台虎钳固定在桌面，利用其钳口夹紧PCB板两侧面，将推拉力计钳口夹具通过螺纹连接固定在推拉力计上，利用推拉力计钳口夹具夹住焊柱，然后垂直向上进行拉拔测试；测量焊点的剪切强度一般利用实验室的专用剪切测试仪，根据焊点直径大小设置好相应推刀位移、推刀速度和推刀高度，剪切完毕后，剪切测试仪屏幕上显示出剪切强度大小。目前该类装置存在下列问题：(1)利用台虎钳口夹紧厚度约为2.0mm的PCB侧面，很可能夹持PCB板发生倾斜而使焊柱不能被垂直拔出；(2)焊柱质软，利用钳口夹具夹紧面比较粗糙，夹持焊柱时会严重损伤焊柱；(3)利用相关钳口夹具夹持焊柱夹持力有限，经相关实验验证最大夹持力约为126N，这样不能测试连接强度较高的拉拔测试且夹持焊柱可能出现晃动；(4)利用推拉力计钳口夹具夹紧焊柱过程中很可能会对焊柱产生触碰或夹紧力对焊柱/钎料界面影响较大，并且拉拔测试过程中是靠手工进行操作的，难以保证用均匀力和垂直力将焊柱拔出焊点，这样对测量焊柱的拉拔强度产生很大的负面影响。(5)测量焊点的剪切强度，实验用的剪切仪针对直径不超过1.0mm的焊点，剪切仪不适合稍大焊点的剪切，否则会超出其量程进而损伤推刀；实验室用的剪切仪多为专用，原理是通过电脑编程来控制推刀前后运动，非气压液压传动，因此功能单一，本专利技术装置还可用来测量焊点的剪切位移。
技术实现思路
本专利技术是在利用微型精密钻床对焊点进行植柱的基础上，为解决现有利用小型台虎钳、推拉力计钳口夹具和专用剪切仪等设备测量焊点的拉脱载荷和剪切强度存在的PCB板不水平导致焊柱不能被垂直向上拔出、难以保证均匀力拔出焊点、不能测量连接强度较高与稍大直径的焊点、焊柱及焊柱/钎料界面的机械损伤和夹持焊柱出现微晃动等致命缺点，进而提出一种利用气缸实现气压传动测量CGA/钎料焊点的拉脱载荷及剪切强度、剪切位移。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术主要包括底板组件、双侧立板、两个动力装置36和37(气缸)、定位板、载物台(包括拉拔装置侧和剪切强度侧)、夹具体及套筒、推拉力计及其固定部位、推刀、定位挂架、顶板组件等，在顶板上部及底座上部分别放置动力装置(气缸)，顶板上的动力装置36(气缸36)位于定位挂架两板的中心；通过所述装置在测试焊点剪切强度时，首先利用双侧螺栓固定定位挂架，动力装置36不起作用，将推拉力计上的挂钩卸下，换上推刀装置并依靠底座上安装动力装置37(气缸37)，并调整载物台剪切侧与动力装置37的位置，在推拉力计上安装力-位移传感器，在动力装置2的驱动下使载物台垂直匀速向上运动，使焊点接触推刀卡槽，方便读取剪切力及剪切位移；底座和顶板上表面靠近气压缸部分开槽方便安装送气排气管以提供动力。通过所述装置在测试拉脱载荷时，利用螺栓连接实现载物台与定位板的固定动作；利用CGA/钎料焊点放入立板载物台上的拉拔侧实现定位动作；利用专用夹具体及套筒实现焊柱的定位及夹紧动作；通过在定位挂架两侧螺纹孔及螺栓实现推拉力计容器的定位动作；利用推拉力计容器实现推拉力计固定动作；利用推拉力计实现测量瞬间拉脱载荷动作；利用推拉力计实现测量焊点剪切力及剪切位移动作；在顶板下方安放动力装置36(气缸36)，利用进气送气管使气压缸达到平衡，最终顶起内部的活塞板，实现与活塞板相连的动力杆向上竖直且匀速运动并带动定位挂架一起运动，实现拉拔焊柱动作；利用圆形槽孔实载物台与动力装置37(气缸37)的活塞杆连接动作；利用CGA/钎料焊点放入立板载物台上的剪切侧实现定位动作；利用螺栓连接实现推刀与推拉力计上螺杆的固定动作；通过螺栓连接实现顶板与定位挂架两侧板固定动作；利用动力装置37(气缸37)气缸运动带动载物台实现其垂直向上且匀速运动动作；正好利用圆弧形结构推刀通过与竖直向上运动的球冠状焊点达到相切进而实现剪切动作。本专利技术的有益效果是：第一，本专利技术气压传动装置测量拉脱载荷和剪切强度，除能够测量二者数值外，二者是在几乎同一装置上测量，有利于提高效率。第二，本专利技术能够通过螺纹夹紧和弹性变形机构夹持焊柱，定心精度较高、夹紧力较大，能保证焊柱位于夹具中心且能夹紧焊柱，解决或减轻焊柱不能垂直拔出、夹持焊柱时不垂直于钳口面、焊柱拉拔过程中的机械损伤等问题；与目前现有利用WJJ-01推拉力计钳口夹具相比，本装置的弹性定心工具内侧面也是较深圆柱形，这样可以减轻拉脱载荷测量时对焊柱的机械损伤。第三，本专利技术动力装置36、37(气缸36、37)，采用双作用式的单活塞气压缸，即位于活塞两侧的气腔都可压缩空气实现双向运动；气缸运行平稳，保证动力杆做匀速且垂直运动，气缸活塞受力均匀，这样避免了手动拉拔焊柱过程中出现的用力不均匀、不匀速和不能垂直拔出等问题。第四，本专利技术定位挂架上的推刀、推拉力计固定部位和立板装置，推拉力计固定部位和推刀均是通过螺栓与定位挂架两侧板相连，拆卸方便，便于测量拉脱载荷及焊点剪切强度；立板与承载板在测量拉脱载荷时利用螺栓连接，动力装置37(气缸37)不起作用；在测量剪切强度时立板下端与动力装置37(气缸37)动力杆垂直连接，此时立板不与承载板螺栓连接；与现有技术相比，操作灵活方便；同时，由于保证了焊柱、推拉力计、推刀的垂直度和PCB板的水平度，测量结果更为准确。第五，本专利技术尤其适用于测量较大连接强度的焊柱拉脱载荷及较大直径焊点的剪切强度。第六，通过在推拉力计上安装力-位移传感器，通过曲线变化可方便读取剪切力及剪切位移。附图说明图1为本专利技术的拉拔整体装置结构图；图2为拉拔焊点局部放大图；图3为推拉力计紧固机构局部放大图；图4为本专利技术的剪切整体装置结构图；图5为剪切焊点局部放大图；图6为载物台与定位板局部放大图；图7为装有CGA焊点的载物台结构示意图；图8为定位板组件结构示意图；图9为立板组件结构示意图；图10为定位挂架组件结构示意图；图11为推拉力计组件的示意图；图12为顶板组件结构示意图；图13为夹具体组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置，其特征在于：所述一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置包括载物台及载物台定位板机构、定位挂架组件、拉力测量组件、夹具体组件和推刀组件、动力装置组件、顶板与底板组件等，所述夹具体组件、拉力测量组件安装在所述定位挂架机构上，定位挂架安装在顶板组件上，夹具体组件位于载物台组件上方，动力装置（36）安装在顶板上方；通过载物台组件、动力装置（37）移动实现焊柱与夹具体组件对中动作；通过所述夹具体组件实现与CGA/钎料焊点焊柱的垂直连接、夹紧动作；通过动力装置（37）实现定位挂架组件的垂直匀速向上运动动作和夹具体组件的垂直匀速向上运动动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置，其特征在于：所述一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置包括载物台及载物台定位板机构、定位挂架组件、拉力测量组件、夹具体组件和推刀组件、动力装置组件、顶板与底板组件等，所述夹具体组件、拉力测量组件安装在所述定位挂架机构上，定位挂架安装在顶板组件上，夹具体组件位于载物台组件上方，动力装置（36）安装在顶板上方；通过载物台组件、动力装置（37）移动实现焊柱与夹具体组件对中动作；通过所述夹具体组件实现与CGA/钎料焊点焊柱的垂直连接、夹紧动作；通过动力装置（37）实现定位挂架组件的垂直匀速向上运动动作和夹具体组件的垂直匀速向上运动动作。


2.根据权利要求1所述一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置，其特征在于：所述一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置的载物台、定位板组件和立板组件包括载物台拉拔侧（1）、CGA焊点与PCB板（2）、载物台主体（3）、载物台剪切测（4）、载物台底部圆槽（5）、沟槽（6）、立板主体（42）、滑动紧固螺栓（43）、立板螺栓滑动槽（44）、定位螺栓（7）、方形贯通孔（8）、定位板（9）和螺孔（10），CGA/钎料焊点与PCB板（2）通过沟槽（6）连接在载物台拉拔测（1）或载物台剪切侧（4）上，载物台主体（3）、载物台剪切测（4）通过一定方式对称焊接在载物台主体（3）拉拔侧（1）上，载物台主体（3）通过定位螺栓（7）固定安装在载物台定位板（9）上，载物台定位板（9）通过两侧滑动紧固螺栓（43）固定在两侧立板（42）上，滑动紧固螺栓、立板螺栓滑动槽（44）位于立板主体（42）上，载物台主体（3）下端通过铆接与动力装置（37）的活塞杆相连。


3.根据权利要求1所述一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置，其特征在于：所述一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置的所述定位挂架组件、推拉力计组件和顶板组件包括定位挂架双侧螺栓孔（14）、定位挂架主体（11）、定位螺栓（12）、螺栓孔（13）、定位挂架螺栓孔（14）、圆形槽孔（15）、紧固螺栓（16）、推拉力计（17）、推拉力计容器（18）、固定螺栓（19）、推拉力计紧固机构（20）、螺纹孔（21）、螺纹孔（22）、推拉力计挂钩螺帽（23）、推拉力计挂钩（24）、导气管口（31）、动力装置（37）、螺纹孔（38）顶板组件方形沟槽孔（39）、顶板（40）、紧固螺栓（41）和方形沟槽孔（42），推拉力计挂钩螺帽（23）套在推拉力计挂钩（24）上并与推拉力计（17）螺栓连接，推拉力计（17）放入推拉力计容器（18）中并用推拉力计紧固机构（20）、固定螺栓（19）、螺纹孔（21）紧固及定位，推拉力计容器（18）通过双侧螺纹孔（22）与定位挂架主体（11）固定；定位挂架主体（11）通过顶板组件方形沟槽孔（39）实现与顶板（40）的连接，动力装置（37）通过方形沟槽孔（42）与顶板组件（40）相连接，动力装置（37）通过紧固螺栓（41）固定在顶板组件（40）上，推拉力计容器（18）固定安装在顶板组件（40）的下方，剪切试验时利用紧固螺栓（16）在螺栓孔（14）处实现定位挂架主体（11）与顶板组件（40）螺栓紧固连接。


4.根据权利要求2所述一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置，其特征在于：所述一种用于测量CGA植柱工艺焊柱拉脱载荷及焊点剪切性能的气压传动辅助装置的螺旋夹紧、弹性变形夹具体装置，推刀组件及立板组件包括夹具体挂钩（25）、夹具体主体（26）、开口式结构与半圆形槽孔（27）、套筒（28）、推刀主体（29）、推刀顶部螺纹孔（30）、推刀圆弧凹槽（31）、立板主体（42）、滑动紧固螺栓（43）和立板螺栓滑动槽（44），CGA焊点与PCB板（2）中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵智力，王迪，肖凯，曹荣楠，张海洋，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23