BGA元(yuán)件的組裝(zhuāng)和返修

大(da)多數制造(zào)商都認爲(wèi)，球珊陣列(liè)(BGA)器件具有(yǒu)不可否🎯認(ren)的優點。但(dan)這項技術(shù)中的一些(xie)問題仍有(yǒu)待進一步(bu)讨論，而不(bu)是立即實(shí)現，因爲它(tā)難以修整(zhěng)焊接端。隻(zhī)能用X射線(xian)或電氣測(ce)試電路的(de)方法來測(cè)試BGA的互連(lian)完整性，但(dan)這兩種方(fang)法都是♌既(jì)昂貴又耗(hào)時。

    設(shè)計人員需(xu)要了解BGA的(de)性能特性(xìng)，這與早期(qī)的SMD很相似(sì)。PCB設計者必(bi)🔞須知道在(zài)制造工藝(yi)發生變化(huà)時，應如何(hé)對設計進(jin)行相應的(de)修改。對于(yú)制造商，則(zé)面臨着處(chu)理不同類(lei)型的BGA封裝(zhuāng)和最終⛹🏻‍♀️工(gōng)藝發生變(bian)化的挑戰(zhàn)。爲了提高(gāo)合格率，組(zu)裝者必須(xu)考慮建♉立(li)一套處理(li)BGA器件的新(xin)❄️标準。最後(hou)，要想獲得(de)最具成本(běn)-效益的🈲組(zǔ)裝，也許關(guān)鍵還在于(yu)BGA返修人員(yuán)。

    兩種(zhong)最常見的(de)BGA封裝是塑(sù)封BGA(PBGA)和陶瓷(ci)BGA封裝(CBGA)。PBGA上帶(dai)有直徑通(tōng)常爲0.762mm的易(yì)熔焊球，回(hui)流焊期間(jian)(通常爲215℃)，這(zhè)些焊球在(zài)封裝與PCB之(zhi)間坍塌成(cheng)☁️0.406mm高的焊點(diǎn)。CBGA是在元件(jiàn)和印制闆(pan)上采用不(bu)熔焊球(實(shi)際上是它(tā)的🥰熔點大(da)大高📞于回(huí)流焊的溫(wēn)度)，焊球直(zhí)徑爲0.889mm，高度(dù)保持不變(biàn)。

    第三(sān)種BGA封裝爲(wei)載帶球栅(shan)陣列封裝(zhuāng)(TBGA)，這種封裝(zhuang)現在越👄來(lai)越多地用(yong)于要求更(geng)輕、更薄器(qì)件的高性(xing)能組件中(zhōng)💯。在聚💃酰亞(yà)胺載帶上(shang)，TBGA的I/O引線可(ke)超過700根。可(kě)采用标準(zhǔn)的絲網印(yìn)刷焊膏🙇‍♀️和(he)傳統的紅(hong)外回流焊(hàn)方法來加(jia)工TBGA。

組(zu)裝問題

    BGA組裝的(de)較大優點(diǎn)是，如果組(zǔ)裝方法正(zhèng)确，其合格(ge)率比⭐傳統(tong)器件高。這(zhè)是因爲它(ta)沒有引線(xian)，簡化了元(yuán)件的處理(li)，因此減🏃‍♀️少(shǎo)了器件遭(zāo)受損壞的(de)可能性。

    BGA回流焊(hàn)工藝與SMD回(huí)流焊工藝(yi)相同，但BGA回(hui)流焊需要(yao)精密的溫(wēn)度控🚩制，還(hái)要爲每個(ge)組件建立(lì)理想的溫(wen)度曲線。此(cǐ)外，BGA器件在(zài)回流焊期(qi)間，大多數(shù)都能夠在(zai)焊📞盤上自(zì)動對準。因(yin)此，從實用(yong)的角度考(kao)慮，可以用(yòng)組裝SMD的設(shè)備來組裝(zhuang)BGA。

    但是(shi)，由于BGA的焊(hàn)點是看不(bú)見的，因此(cǐ)必須仔細(xi)觀察焊膏(gāo)塗敷的情(qíng)況。焊膏塗(tú)敷的準确(què)度，尤其對(duì)于CBGA，将💰直接(jiē)影響組裝(zhuāng)🔅合格💁率。一(yi)般允許SMD器(qì)件組裝出(chū)現合格率(lǜ)低的情況(kuang)，因爲其返(fǎn)修既快又(yòu)便宜，而BGA器(qì)件卻沒有(yǒu)這樣⛱️的優(you)勢。爲了提(ti)高初次合(he)格率，很多(duo)大批量BGA的(de)組裝者購(gou)買了檢測(cè)系統和複(fú)雜的返修(xiu)設備。在回(hui)流焊之前(qián)檢測焊膏(gao)塗敷和元(yuan)件貼裝，比(bǐ)在回流焊(hàn)之後檢測(cè)更能降低(dī)成本，因爲(wèi)✏️回流焊之(zhi)後便難以(yi)進行檢測(ce)，而且🈲所需(xu)設備也很(hen)昂貴。

    要仔細選(xuǎn)擇焊膏，因(yīn)爲對BGA組裝(zhuang)，特别是對(duì)PBGA組裝來說(shuo)，焊膏⭐的組(zu)成并不總(zǒng)是很理想(xiang)。必須使供(gong)應商确保(bǎo)其焊膏不(bú)會形🔱成焊(hàn)點空🔅穴。同(tóng)樣，如果用(yòng)水溶性焊(han)膏，應注意(yì)選擇🛀🏻封裝(zhuāng)類☁️型。

    由于PBGA對潮(chao)氣敏感，因(yīn)此在組裝(zhuāng)之前要采(cǎi)取預處理(li)措施。建議(yi)所有的封(fēng)裝在24小時(shí)内完成全(quán)部組裝和(hé)回流焊。器(qì)件離🈲開抗(kàng)靜電保護(hu)袋的時間(jian)過長将會(hui)損壞器件(jian)。CBGA對潮氣不(bu)敏感，但仍(reng)需小心。

返修

返修BGA的(de)基本步驟(zhou)與返修傳(chuan)統SMD的步驟(zhòu)相同：

爲每個元(yuán)件建立一(yī)條溫度曲(qu)線； 
拆除元(yuán)件； 
去除殘(cán)留焊膏并(bìng)清洗這一(yī)區域； 
貼裝(zhuāng)新的BGA器件(jian)。在某些情(qing)況下，BGA器件(jian)可以重複(fú)使用； 
當然(rán)，這三種主(zhu)要類型的(de)BGA，都需要對(duì)工藝做稍(shāo)微不同🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的(de)調整。對于(yu)所有的BGA，溫(wēn)度曲線的(de)建立都是(shi)相當👅重要(yào)的。不☔能嘗(chang)試省🚶‍♀️掉這(zhe)一步驟。如(rú)果技術人(ren)員沒有合(hé)适的工具(jù)，而且本身(shēn)沒有受過(guo)專門的培(pei)訓，就會發(fa)現很難去(qu)掉殘留的(de)焊膏。過于(yú)頻繁地使(shǐ)用設計不(bú)良的拆焊(han)編織帶，再(zai)加上技術(shù)人員沒有(you)受過良好(hǎo)的培訓，會(hui)⛱️導緻基闆(pan)和阻焊膜(mo)的損壞。
建(jiàn)立溫度曲(qu)線

    與(yu)傳統的SMD相(xiang)比，BGA對溫度(du)控制的要(yao)求要高得(dé)多。必須逐(zhú)步加熱整(zhěng)個BGA封裝，使(shi)焊接點發(fa)生回流。

    如果不(bú)嚴格控制(zhì)溫度、溫度(du)上升速率(lü)和保持時(shi)間(2℃/s至3℃/s)，回流(liu)🔞焊就不會(hui)同時發生(sheng)，而且還可(kě)能損壞器(qi)件。爲拆☔除(chu)BGA而建立一(yi)條穩定的(de)溫度曲線(xian)需要一定(dìng)的技巧。設(shè)計人員并(bing)不是總能(néng)得到每個(ge)封裝的信(xìn)息，嘗試方(fang)法可能會(huì)對基闆、周(zhou)圍的器件(jian)或🏃‍♀️浮起的(de)焊盤造成(cheng)熱損壞。

    具有豐(feng)富的BGA返修(xiu)經驗的技(jì)術人員主(zhu)要依靠破(pò)壞性方法(fa)來确定适(shì)當的溫度(du)曲線。在PCB上(shàng)鑽孔，使焊(han)點暴露出(chu)來，然後将(jiang)熱電偶連(lián)接到焊點(dian)上。這樣，就(jiu)可以爲每(měi)個被監測(cè)的焊點建(jian)立❤️一條溫(wēn)度曲線。技(ji)術數據表(biǎo)明📐，印制闆(pan)溫度曲線(xian)的建立是(shì)以一個布(bù)滿元件的(de)印制闆爲(wei)基礎的，它(ta)采用了新(xin)的熱電偶(ou)和一個經(jing)校準🈲的😘記(jì)錄元件，并(bing)在😍印制闆(pǎn)的高、低溫(wēn)區安裝了(le)熱😄電偶。一(yi)旦爲基闆(pǎn)和BGA建立了(le)溫度曲線(xiàn)，就能夠對(duì)其進行編(bian)程🚶，以便重(zhòng)複使用。

    利用一(yī)些熱風返(fǎn)修系統，可(kě)以比較容(rong)易地拆除(chú)BGA。通㊙️常，某💰一(yī)💜溫🌈度(由溫(wen)度曲線确(què)定)的熱風(fēng)從噴嘴噴(pēn)出，使焊膏(gao)回👉流，但不(bú)會損壞🏒基(ji)闆或周圍(wei)的元件。噴(pēn)嘴☔的類型(xíng)随設備或(huo)技術人員(yuan)的喜好而(er)不同。一些(xie)噴嘴使熱(re)風在BGA器件(jiàn)的🐪上部和(he)底🐉部流動(dong)，一些噴嘴(zuǐ)水平移動(dòng)熱風，還有(you)一些噴嘴(zuǐ)隻将熱風(fēng)噴在BGA的上(shang)方🔴。也有人(ren)喜歡用帶(dài)罩的噴嘴(zuǐ)，它可直接(jie)将熱風集(ji)中在器件(jian)上，從而保(bao)護了周圍(wéi)的器件。拆(chai)除BGA時，溫度(dù)的保🙇‍♀️持是(shì)很重要的(de)。關鍵是要(yào)對PCB的底部(bù)進行預熱(rè)，以防止翹(qiao)曲。拆除BGA是(shi)多點回流(liu)，因而需要(yào)技巧和耐(nài)心。此外，返(fan)修一個BGA器(qi)件通常需(xū)要8到10分鍾(zhōng)，比👉返修其(qi)它🆚的表面(mian)貼裝組件(jian)慢。

清(qing)洗貼裝位(wei)置

    貼(tiē)裝BGA之前，應(yīng)清洗返修(xiū)區域。這一(yi)步驟隻能(neng)以人工進(jin)行🌏操🐅作💚，因(yīn)此技術人(rén)員的技巧(qiao)非常重要(yao)。如果清洗(xǐ)不充分，新(xīn)的BGA将不能(neng)正确回流(liu)，基闆和阻(zǔ)焊膜也可(kě)能被損壞(huài)而不能修(xiu)複。

    大(dà)批量返修(xiu)BGA時，常用的(de)工具包括(kuò)拆焊烙鐵(tie)和熱風拆(chāi)焊裝置。熱(rè)風拆焊裝(zhuāng)置是先加(jiā)熱焊盤表(biǎo)面，然後用(yòng)真空裝置(zhì)吸走熔融(róng)焊膏。拆焊(han)烙鐵使用(yong)方便，但要(yao)求技術熟(shú)練📞的人員(yuán)操作。如果(guǒ)使用不當(dang)，拆焊烙💁鐵(tiě)很容易損(sǔn)壞印制闆(pan)和焊盤。

    在去除(chú)殘留焊膏(gāo)時，很多組(zǔ)裝者喜歡(huan)用除錫編(bian)織帶。如✨果(guo)用合适的(de)編織帶，并(bing)且方法正(zhèng)确，拆除工(gōng)藝就會快(kuai)速、安全、高(gao)效☁️而且🤞便(biàn)宜。

    雖(suī)然使用除(chu)錫編織帶(dài)需要一定(ding)的技能，但(dàn)是并不困(kùn)難。用烙鐵(tie)和所選編(biān)織帶接觸(chù)需要去除(chú)的焊膏，使(shǐ)焊芯位于(yú)烙鐵頭與(yǔ)基闆之間(jian)。烙鐵頭直(zhi)接接觸基(ji)闆可能會(hui)造成損壞(huai)。 焊膏-焊💃芯(xin)BGA除錫編織(zhī)帶專門用(yong)于從BGA焊盤(pan)和元件上(shang)去除殘留(liú)焊膏，不會(hui)損壞阻焊(hàn)膜或暴露(lù)在外的印(yin)制線。它使(shi)熱量通過(guò)編織帶以(yi)最佳方式(shi)傳🔴遞到焊(hàn)點，這樣，焊(han)盤發生移(yí)位或PCB遭受(shòu)損壞的可(ke)能性🈲就降(jiang)至最低。

    由于焊(han)芯在使用(yong)中的活動(dòng)性很好，因(yin)此不必爲(wei)避免熱㊙️損(sun)壞而拖曳(yè)焊芯。相反(fan)，将焊芯放(fàng)置在基闆(pan)與烙鐵頭(tou)之間，加熱(rè)2至3秒鍾，然(ran)後向上擡(tái)起編織帶(dài)和烙鐵。擡(tai)起而不是(shì)拖曳編織(zhī)帶，可使焊(hàn)盤遭到損(sun)壞的危險(xian)降至最低(dī)。編織帶可(kě)去除所有(yǒu)的殘留焊(han)膏💋，從而排(pai)除了🌈橋接(jie)和短路‼️的(de)可能性。 去(qu)除殘留焊(han)膏以後，用(yong)适當⚽的溶(rong)劑清洗這(zhe)一區域。可(ke)以用毛刷(shua)刷掉殘留(liu)的助焊劑(ji)。爲了對🤟新(xīn)器件進行(háng)适當的回(hui)流焊，PCB必須(xu)很幹淨。

貼裝器(qi)件

    熟(shu)練的技術(shu)人員可以(yǐ)"看見"一些(xiē)器件的貼(tie)裝，但并不(bú)提倡💋用這(zhè)種方法。如(rú)果要求更(gèng)高的工藝(yì)合格率❗，就(jiù)必須使用(yong)分光(split-optics)視覺(jiao)系統。要用(yòng)真空拾取(qu)管貼裝、校(xiao)準器🔞件，并(bing)用熱風進(jin)行回流焊(han)。此時，預先(xian)編程且精(jing)密确定的(de)溫度曲線(xiàn)很關鍵✨。在(zai)拆除元件(jiàn)時，BGA最可🔅能(neng)出故障，因(yīn)此可能會(huì)忽視它的(de)完整性。

    重新貼(tie)裝元件時(shi)，應采用完(wán)全不同的(de)方法。爲避(bì)免🐕損⛷️壞🍉新(xīn)的📞BGA，預熱(100℃至(zhì)125℃)、溫度上升(sheng)速率和溫(wen)度保持時(shi)間都很關(guan)鍵💁。與PBGA相比(bi)，CBGA能👅夠吸收(shou)更多的熱(re)量，但升溫(wen)速☔率卻比(bǐ)标準的2℃/s要(yao)慢一些。

    BGA有很多(duo)适于現代(dài)高速組裝(zhuāng)的優點。BGA的(de)組裝可能(neng)不需要新(xīn)🌏的✊工藝，但(dàn)卻要求現(xian)有工藝适(shi)用于具有(you)隐藏焊點(diǎn)的BGA組裝㊙️。爲(wei)使BGA更具成(chéng)本效益，必(bi)須達到高(gāo)合格率，并(bìng)能有效地(dì)返修組件(jiàn)。适當地培(péi)㊙️訓返修技(jì)術人員，采(cǎi)用恰當的(de)返修設備(bèi)，了解BGA返修(xiu)的關鍵工(gong)序，都有助(zhù)于實現穩(wěn)定、有效的(de)返修。

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