BGA元件的(de)組裝和返修

大(da)多數制造商都(dōu)認爲，球珊陣列(liè)(BGA)器件具有不可(kě)否認的優點。但(dàn)這項技術中的(de)一些問題仍有(yǒu)待進一步讨論(lùn)，而不是立即實(shi)現，因爲它難以(yi)修整焊接端。隻(zhī)能用X射線或電(dian)氣測試電路的(de)方法來測試BGA的(de)互連完整性，但(dàn)這兩種方法都(dōu)是既昂貴又耗(hào)時。

    設計人(rén)員需要了解BGA的(de)性能特性，這與(yu)早期的SMD很相似(sì)。PCB設計者必須知(zhi)道在制造工藝(yì)發生變化時，應(yīng)如何對🔅設計進(jìn)行相應的修改(gai)。對于制造商，則(zé)面臨着處理不(bú)同類型的BGA封裝(zhuang)和最終🌍工藝發(fa)🐕生變化的挑❗戰(zhàn)。爲了提高合格(ge)率，組裝者必須(xu)考慮建立一套(tao)處理BGA器件的新(xīn)🧡标準。最後，要🚩想(xiang)獲得最具成本(běn)-效益的🈲組裝，也(ye)許關鍵還在于(yú)BGA返修人員。

    兩種最常見的(de)BGA封裝是塑封BGA(PBGA)和(he)陶瓷BGA封裝(CBGA)。PBGA上帶(dài)有直徑通常爲(wèi)0.762mm的易熔焊球，回(huí)流焊期間(通常(chang)爲215℃)，這些焊球在(zài)封裝與PCB之間坍(tān)塌成0.406mm高的焊點(diǎn)。CBGA是在元件和印(yìn)制闆上采用不(bu)熔焊球(實際上(shàng)是它的💚熔點大(da)大高于回流焊(hàn)的溫度)，焊球直(zhi)徑爲0.889mm，高度保持(chi)不變。

    第三(sān)種BGA封裝爲載帶(dai)球栅陣列封裝(zhuang)(TBGA)，這種封裝現在(zai)越🈚來越多😘地用(yòng)于要求更輕、更(gèng)薄器件的高性(xing)能組件中。在聚(jù)酰亞🔞胺載帶上(shang)，TBGA的I/O引線可超過(guo)700根。可采用标準(zhun)的絲網印刷焊(hàn)膏🌈和傳統的紅(hong)外回流焊方法(fa)來加工TBGA。

組(zǔ)裝問題

    BGA組(zu)裝的較大優點(diǎn)是，如果組裝方(fang)法正确，其合格(gé)率比傳🔴統器件(jian)❌高。這是因爲它(ta)沒有引線，簡化(hua)了元件💚的處理(li)，因🈚此減少了器(qì)件遭受損壞的(de)可能性。

    BGA回(huí)流焊工藝與SMD回(hui)流焊工藝相同(tong)，但BGA回流焊需要(yào)精密的溫度控(kòng)制，還要爲每個(ge)組件建立理想(xiang)的溫度🌏曲線。此(cǐ)外，BGA器件🈲在回流(liú)焊🌈期間，大多數(shù)都能夠在焊盤(pan)上自動對準。因(yīn)此，從實用的角(jiǎo)度考☀️慮，可以用(yòng)組裝SMD的設備來(lai)組裝BGA。

    但是(shì)，由于BGA的焊點是(shi)看不見的，因此(cǐ)必須仔細觀察(chá)🚩焊膏塗敷的情(qing)況。焊膏塗敷的(de)準确度，尤其對(dui)于CBGA，将直接🛀🏻影響(xiǎng)組裝🔅合格🧡率。一(yi)般允許SMD器件組(zu)裝出現合格率(lǜ)低的情況，因爲(wèi)其返修既快又(yòu)便宜，而BGA器件卻(que)沒有這樣的優(you)勢。爲了提高初(chu)📞次合格率，很多(duo)大批量BGA的組裝(zhuang)者購買了檢測(cè)系統和複雜的(de)返修設備🔴。在回(hui)流焊之💃🏻前檢測(ce)焊膏塗敷和元(yuán)件貼裝，比在回(hui)流焊之後檢測(ce)更能降低成本(ben)，因爲回流焊之(zhi)後便難以進行(háng)檢測，而且所需(xu)設備也很昂貴(guì)。

    要仔細選(xuan)擇焊膏，因爲對(dui)BGA組裝，特别是對(duì)PBGA組裝來說，焊膏(gao)的組成并不總(zǒng)是很理想。必須(xu)使供應商确保(bao)其焊🍉膏不會形(xíng)成焊點空穴。同(tong)樣，如果用水溶(róng)性焊膏，應注意(yì)選擇封裝類型(xing)。

    由于PBGA對潮(cháo)氣敏感，因此在(zai)組裝之前要采(cǎi)取預處理措施(shī)♌。建議所有的封(fēng)裝在24小時内完(wan)成全部組裝和(hé)回流焊。器件離(li)開抗靜電保護(hù)袋的時間過長(zhang)将會損壞器件(jiàn)。CBGA對潮氣不敏感(gǎn)，但仍⭐需小心。

返修

返(fan)修BGA的基本步驟(zhòu)與返修傳統SMD的(de)步驟相同：

爲每個元件建(jian)立一條溫度曲(qu)線； 
拆除元件； 
去(qù)除殘留焊膏并(bing)清洗這一區域(yù)； 
貼裝新的BGA器件(jiàn)。在某些情況下(xia)，BGA器件可以重複(fú)使用； 
當然，這三(san)種主要類型的(de)BGA，都需要對工藝(yì)做稍微不同☁️的(de)調整。對于所有(yǒu)的BGA，溫度曲線的(de)建立都是相當(dang)重要的。不♻️能嘗(cháng)試省🐉掉這一步(bu)驟。如果技術人(rén)員沒有合适的(de)工具，而且本💔身(shen)沒有受過專門(men)的培訓，就💚會發(fa)現很✍️難去掉殘(cán)留的焊膏。過于(yú)頻繁地使用設(she)計不良的拆💋焊(hàn)編織帶，再加上(shàng)技術人🍉員沒有(you)受過良好的培(péi)訓💃，會✏️導緻基闆(pǎn)和阻焊膜的損(sun)壞。
建立溫度曲(qǔ)線

    與傳統(tǒng)的SMD相比，BGA對溫度(du)控制的要求要(yào)高得多。必須逐(zhú)步加熱整個BGA封(fēng)裝，使焊接點發(fā)生回流。

    如(ru)果不嚴格控制(zhì)溫度、溫度上升(shēng)速率和保持時(shí)間🏃🏻(2℃/s至3℃/s)，回流焊就(jiu)不會同時發生(shēng)，而且還可能損(sǔn)壞器件。爲拆除(chú)BGA而建立一條穩(wěn)定的溫度曲線(xiàn)需要一定的技(ji)巧。設📱計人員并(bìng)不是總能得到(dao)每個封裝的信(xin)息，嘗試方法可(ke)能會對基闆、周(zhou)圍🙇🏻的器件或浮(fu)起的焊盤造成(chéng)熱損壞。

    具(jù)有豐富的BGA返修(xiū)經驗的技術人(ren)員主要依靠破(po)壞性方法來👣确(què)定适當的溫度(dù)曲線。在PCB上鑽孔(kǒng)，使焊點暴露出(chū)來☔，然後将熱電(dian)偶👣連接到焊點(dian)上。這樣，就可以(yi)爲每個被監測(cè)的焊點建立一(yi)條溫度曲線。技(jì)術🆚數據表明，印(yin)制闆溫度曲線(xiàn)的建立是以一(yi)個布滿元件的(de)印制闆爲基礎(chǔ)的，它采用了新(xin)的熱電偶和一(yī)個經校準的記(ji)錄元件，并在印(yìn)制闆的高、低🔆溫(wen)區❄️安裝了熱電(diàn)偶。一旦爲基闆(pǎn)和BGA建立了溫度(du)曲線，就能夠對(dui)其進行編程🛀🏻，以(yǐ)便重複使用。

    利用一些熱(rè)風返修系統，可(ke)以比較容易地(dì)拆除BGA。通常，某☔一(yi)🐉溫度🏃🏻‍♂️(由溫度曲(qu)線确定)的熱風(feng)從噴嘴噴出🈲，使(shǐ)焊膏回👉流，但不(bu)會損壞🔞基闆或(huo)周圍的元件。噴(pēn)嘴的類型随設(she)備❤️或技術人員(yuan)的喜好而🌈不同(tóng)。一些噴嘴使熱(rè)風🈚在BGA器件的上(shàng)部和底部流動(dòng)，一些噴嘴水🔆平(ping)移動熱風，還有(you)一些噴☀️嘴隻将(jiāng)熱風噴在BGA的上(shàng)方。也有人喜歡(huan)用帶罩的噴嘴(zui)，它可直接将熱(rè)風集中在器件(jiàn)上🚩，從而保護了(le)周圍的器件。拆(chāi)除BGA時，溫度的保(bǎo)持是很重要的(de)。關鍵是要對PCB的(de)底部🈲進行預熱(re)，以防止翹曲🏃。拆(chai)除BGA是多點回流(liu)，因而需要技巧(qiao)和耐心。此外，返(fan)修一個BGA器🛀件通(tong)常需要8到10分鍾(zhong)，比🆚返修其它的(de)表面貼裝組件(jiàn)慢。

清洗貼(tiē)裝位置

    貼(tie)裝BGA之前，應清洗(xi)返修區域。這一(yi)步驟隻能以人(ren)工✏️進行操作，因(yin)💋此技術人員的(de)技巧非常重要(yao)。如果清洗不充(chōng)分，新的BGA将不能(neng)正🧡确回流，基闆(pan)和阻焊膜也可(ke)能被損壞而不(bú)能修複。

    大(da)批量返修BGA時，常(chang)用的工具包括(kuò)拆焊烙鐵和熱(re)風☀️拆焊裝置❄️。熱(rè)🏃🏻‍♂️風拆焊裝置是(shì)先加熱焊盤表(biao)面，然後🈲用真空(kong)裝置吸🈲走熔融(rong)焊膏。拆焊烙鐵(tie)使用方便，但要(yào)求技術熟練的(de)人員操作。如果(guo)使用不當，拆焊(han)烙鐵很容易損(sǔn)壞印制闆和焊(hàn)盤。

    在去除(chu)殘留焊膏時，很(hěn)多組裝者喜歡(huān)用除錫編織帶(dài)。如果用合适的(de)編織帶，并且方(fāng)法正确，拆除工(gōng)藝就會快速🧡、安(ān)全‼️、高效♍而且便(biàn)宜。

    雖然使(shi)用除錫編織帶(dai)需要一定的技(jì)能，但是并不困(kùn)✏️難。用🏃🏻烙鐵和所(suo)選編織帶接觸(chù)需要去除的焊(hàn)膏㊙️，使焊芯位于(yu)烙鐵頭✔️與基闆(pan)之間。烙鐵頭直(zhí)接接觸🈲基闆可(kě)㊙️能會造成損壞(huài)。 焊膏-焊芯BGA除錫(xī)編織帶專門用(yong)于從BGA焊盤和元(yuan)件🍉上去除殘留(liu)焊膏，不會損壞(huài)阻🔆焊膜或暴露(lù)在外的印制線(xian)。它使熱量通過(guo)編織帶以最佳(jia)方式傳👈遞到焊(han)點，這樣，焊盤發(fa)生移位或PCB遭受(shou)損壞的可能性(xìng)就降至最低。

    由于焊芯在(zài)使用中的活動(dong)性很好，因此不(bú)必爲避免熱損(sǔn)壞而拖曳焊芯(xīn)。相反，将焊芯放(fàng)置在基闆與烙(lao)鐵頭之⭕間，加熱(re)2至3秒鍾，然後向(xiang)上擡起編織帶(dai)和烙鐵。擡起而(er)不是拖曳編織(zhi)帶，可使焊盤遭(zāo)到損壞的危險(xiǎn)降至最低。編織(zhī)帶可去👨‍❤️‍👨除所有(you)的殘留焊膏，從(cóng)而排除了橋接(jie)和短路🏃🏻‍♂️的可能(neng)性。 去🥰除殘留焊(hàn)膏以後，用适當(dang)的💁溶劑清洗這(zhe)一區域。可以用(yòng)毛刷刷掉殘留(liu)的助焊劑✌️。爲了(le)對新器件進行(hang)适當的回流焊(hàn)⛱️，PCB必須很幹淨。

貼裝器件

    熟練的技術(shù)人員可以"看見(jian)"一些器件的貼(tiē)裝，但并不提倡(chàng)用這種方法。如(ru)果要求更高的(de)工藝合格率，就(jiu)必㊙️須使用分🌏光(guāng)(split-optics)視😍覺系💯統。要用(yòng)真空拾取管貼(tiē)裝、校準器件，并(bìng)用熱風進行回(hui)流焊。此時，預先(xian)編程且精密确(què)定✉️的溫度曲線(xian)很關鍵。在拆除(chú)元件時，BGA最可能(néng)出故障，因此可(ke)能會忽🙇‍♀️視它的(de)完整性。

    重(zhong)新貼裝元件時(shí)，應采用完全不(bú)同的方法。爲避(bì)免☎️損🔞壞新的BGA，預(yù)♌熱(100℃至125℃)、溫度上升(sheng)速率和溫度保(bǎo)持時間都很關(guān)鍵❤️。與PBGA相⛱️比，CBGA能夠(gòu)吸💜收更多的熱(re)量，但升溫速率(lü)卻比标準的2℃/s要(yào)慢一些。

    BGA有(yǒu)很多适于現代(dai)高速組裝的優(you)點。BGA的組裝可能(néng)不需要😍新的工(gong)藝，但卻要求現(xian)有工藝适用于(yu)具有隐藏焊點(diǎn)的BGA組裝🌈。爲使BGA更(geng)具成本效益，必(bi)須達到高合格(gé)率，并能有效地(di)返修組件。适當(dang)地培訓返修技(jì)術人員，采用恰(qia)當的返修設備(bèi)，了🏃🏻‍♂️解BGA返修的關(guān)鍵工序，都有助(zhù)于實現穩定、有(yǒu)效的返修。

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