BGA元(yuan)件的組(zu)裝和返(fan)修

大多(duo)數制造(zao)商都認(ren)爲，球珊(shan)陣列(BGA)器(qi)件具有(you)不可否(fou)認❄️的優(you)點。但這(zhe)項技術(shu)中的一(yi)些問題(ti)仍有待(dai)進一步(bu)讨論，而(er)不是立(li)即🔆實現(xian)，因爲它(ta)難以修(xiu)整焊接(jie)端🐆。隻能(neng)用X射線(xian)或電氣(qi)測試電(dian)路🔞的方(fang)法來測(ce)試BGA的互(hu)連完整(zheng)性，但這(zhe)兩種方(fang)法都是(shi)既昂貴(gui)又耗時(shi)。

    設(she)計人員(yuan)需要了(le)解BGA的性(xing)能特性(xing)，這與早(zao)期的SMD很(hen)相似。PCB設(she)計者必(bi)須知道(dao)在制造(zao)工藝發(fa)生變化(hua)時，應如(ru)何對設(she)計進行(hang)🙇‍♀️相應的(de)修改。對(dui)于制造(zao)商，則面(mian)臨着處(chu)理不🐆同(tong)類型的(de)BGA封裝和(he)最終工(gong)藝發生(sheng)變化的(de)挑🍓戰。爲(wei)了提高(gao)合格率(lü)，組裝者(zhe)必須考(kao)慮建立(li)一套處(chu)🐅理BGA器件(jian)的新标(biao)準。最後(hou)，要想獲(huo)得最具(ju)✊成本-效(xiao)益的🐅組(zu)裝，也許(xu)關鍵還(hai)在于BGA返(fan)修人員(yuan)。

    兩(liang)種最常(chang)見的BGA封(feng)裝是塑(su)封BGA(PBGA)和陶(tao)瓷BGA封裝(zhuang)(CBGA)。PBGA上帶有(you)直㊙️徑通(tong)常爲0.762mm的(de)💚易熔焊(han)球，回流(liu)焊期間(jian)(通常爲(wei)215℃)，這些焊(han)球在封(feng)裝與PCB之(zhi)間坍塌(ta)成📧0.406mm高的(de)焊點。CBGA是(shi)在元件(jian)和印制(zhi)闆上采(cai)用不熔(rong)焊球👣(實(shi)際上是(shi)它的熔(rong)點大大(da)高于回(hui)流焊🈚的(de)溫度)，焊(han)💃🏻球直徑(jing)爲0.889mm，高度(du)保持不(bu)變。

    第三種(zhong)BGA封裝爲(wei)載帶球(qiu)栅陣列(lie)封裝(TBGA)，這(zhe)種封裝(zhuang)現在越(yue)🔞來🔴越多(duo)地📧用于(yu)要求更(geng)輕、更薄(bao)器件的(de)高性能(neng)組件中(zhong)。在聚酰(xian)亞胺載(zai)帶上，TBGA的(de)I/O引線可(ke)超過700根(gen)。可采用(yong)标準的(de)絲網印(yin)刷焊膏(gao)和傳統(tong)的紅外(wai)回流焊(han)方法🏃🏻‍♂️來(lai)加工TBGA。

組裝(zhuang)問題

    BGA組裝(zhuang)的較大(da)優點是(shi)，如果組(zu)裝方法(fa)正确，其(qi)合格率(lü)比傳統(tong)器件高(gao)。這是因(yin)爲它沒(mei)有引線(xian)，簡化了(le)元件的(de)處❌理，因(yin)🔴此減少(shao)了器件(jian)遭受損(sun)壞的可(ke)能性。

    BGA回流(liu)焊工藝(yi)與SMD回流(liu)焊工藝(yi)相同，但(dan)BGA回流焊(han)需要精(jing)密的溫(wen)度控♊制(zhi)，還要爲(wei)每個組(zu)件建立(li)理想的(de)溫度曲(qu)線。此外(wai)，BGA器件在(zai)回流焊(han)期間，大(da)多數都(dou)能夠在(zai)焊盤上(shang)自動對(dui)準。因此(ci)，從實用(yong)的角度(du)考慮，可(ke)以用組(zu)💃🏻裝SMD的設(she)備來組(zu)裝BGA。

    但是，由(you)于BGA的焊(han)點是看(kan)不見的(de)，因此必(bi)須仔細(xi)觀察焊(han)膏塗敷(fu)的情況(kuang)。焊膏塗(tu)敷的準(zhun)确度，尤(you)其對于(yu)CBGA，将直接(jie)影響組(zu)裝合格(ge)率。一般(ban)允許SMD器(qi)件組裝(zhuang)出現合(he)格率低(di)❗的情況(kuang)🌏，因爲其(qi)返修既(ji)快又便(bian)宜，而BGA器(qi)件卻沒(mei)有這樣(yang)的優勢(shi)。爲了提(ti)高初次(ci)合格率(lü)，很多大(da)批🥵量BGA的(de)組裝者(zhe)💋購買了(le)檢測🍉系(xi)統和複(fu)雜的返(fan)修設備(bei)。在回流(liu)焊之前(qian)檢測焊(han)膏塗敷(fu)和元件(jian)貼裝，比(bi)在回流(liu)焊之後(hou)檢測更(geng)能降低(di)💋成本，因(yin)爲回流(liu)焊之後(hou)便難🈲以(yi)進行檢(jian)測，而且(qie)所需設(she)備也很(hen)昂貴。

    要仔(zai)細選擇(ze)焊膏，因(yin)爲對BGA組(zu)裝，特别(bie)是對PBGA組(zu)裝來說(shuo)，焊膏的(de)📧組成并(bing)不總是(shi)很理想(xiang)。必須使(shi)供應商(shang)确保其(qi)焊膏不(bu)📧會形🔴成(cheng)焊點空(kong)穴。同樣(yang)，如果用(yong)水溶性(xing)焊膏，應(ying)注意選(xuan)擇封裝(zhuang)類型。

    由于(yu)PBGA對潮氣(qi)敏感，因(yin)此在組(zu)裝之前(qian)要采取(qu)預處理(li)措施。建(jian)議🏃‍♂️所有(you)的封裝(zhuang)在24小時(shi)内完成(cheng)全部組(zu)裝和回(hui)流焊。器(qi)件離開(kai)抗🌈靜電(dian)保護袋(dai)的時間(jian)過長将(jiang)會損壞(huai)器件。CBGA對(dui)潮氣不(bu)敏感，但(dan)仍需小(xiao)心。

返修

返修(xiu)BGA的基本(ben)步驟與(yu)返修傳(chuan)統SMD的步(bu)驟相同(tong)：

爲(wei)每個元(yuan)件建立(li)一條溫(wen)度曲線(xian)； 
拆除元(yuan)件； 
去除(chu)殘留焊(han)膏并清(qing)洗這一(yi)區域； 
貼(tie)裝新的(de)BGA器件。在(zai)某些情(qing)況下，BGA器(qi)件可以(yi)重複使(shi)用； 
當然(ran)，這三種(zhong)主要類(lei)型的BGA，都(dou)需要對(dui)工藝做(zuo)稍微不(bu)同的調(diao)整。對于(yu)所有的(de)BGA，溫度曲(qu)線的建(jian)立都是(shi)相當重(zhong)要的。不(bu)能嘗試(shi)省掉這(zhe)一步驟(zhou)。如果技(ji)術人員(yuan)沒有合(he)适的工(gong)具，而且(qie)本身沒(mei)有受過(guo)專門的(de)培訓，就(jiu)會發現(xian)很🥵難去(qu)掉殘留(liu)的焊膏(gao)✉️。過于頻(pin)繁地使(shi)用設😄計(ji)不良的(de)拆焊編(bian)織帶，再(zai)☔加上技(ji)術人員(yuan)沒有受(shou)過良好(hao)的培訓(xun)，會導緻(zhi)基闆和(he)阻⭐焊膜(mo)的損壞(huai)。
建立溫(wen)度曲線(xian)

    與(yu)傳統的(de)SMD相比，BGA對(dui)溫度控(kong)制的要(yao)求要高(gao)得多。必(bi)須逐步(bu)⛷️加熱整(zheng)個BGA封裝(zhuang)，使焊接(jie)點發生(sheng)回流。

    如果(guo)不嚴格(ge)控制溫(wen)度、溫度(du)上升速(su)率和保(bao)持時間(jian)(2℃/s至🙇‍♀️3℃/s)，回流(liu)焊就不(bu)會同時(shi)發生，而(er)且還可(ke)能損壞(huai)器件🤩。爲(wei)拆除BGA而(er)建立一(yi)條穩定(ding)♋的溫度(du)曲線需(xu)要一定(ding)的技巧(qiao)。設計人(ren)員并不(bu)是🔴總能(neng)得到每(mei)個封裝(zhuang)的信息(xi)，嘗試方(fang)法可能(neng)會對基(ji)闆、周圍(wei)的器件(jian)或浮起(qi)的焊盤(pan)造成熱(re)損💁壞。

    具有(you)豐富的(de)BGA返修經(jing)驗的技(ji)術人員(yuan)主要依(yi)靠破壞(huai)性方🌈法(fa)來确定(ding)适當的(de)溫度曲(qu)線。在PCB上(shang)鑽孔，使(shi)焊點暴(bao)露👣出來(lai)💞，然後❗将(jiang)熱電偶(ou)連接到(dao)焊點上(shang)。這樣，就(jiu)可以爲(wei)每個被(bei)監測的(de)焊點建(jian)立一條(tiao)溫度曲(qu)線。技術(shu)數據表(biao)明，印制(zhi)闆溫度(du)曲線的(de)建立是(shi)以一個(ge)布滿元(yuan)件的印(yin)制闆爲(wei)基礎的(de)，它采用(yong)了新🔱的(de)熱電偶(ou)和一個(ge)經校準(zhun)的✉️記錄(lu)元件，并(bing)在印制(zhi)闆的高(gao)、低溫區(qu)安裝了(le)熱電偶(ou)。一旦爲(wei)基闆和(he)BGA建立了(le)溫度曲(qu)線，就🌐能(neng)夠對其(qi)進行編(bian)程，以便(bian)重複使(shi)用。

    利用一(yi)些熱風(feng)返修系(xi)統，可以(yi)比較容(rong)易地拆(chai)除BGA。通常(chang)，某一溫(wen)度(由溫(wen)度曲線(xian)确定)的(de)熱風從(cong)噴嘴噴(pen)出，使焊(han)膏回流(liu)，但🌈不會(hui)損壞基(ji)闆或周(zhou)圍的元(yuan)件。噴嘴(zui)的類型(xing)随設備(bei)或技術(shu)🔴人員的(de)喜好而(er)🏃🏻不同。一(yi)些噴嘴(zui)使熱風(feng)在BGA器件(jian)的上部(bu)和底部(bu)流動，一(yi)些噴嘴(zui)水平移(yi)動熱風(feng)，還有一(yi)些噴嘴(zui)隻将熱(re)風噴在(zai)BGA的上方(fang)。也有人(ren)喜歡用(yong)帶罩的(de)噴嘴，它(ta)可直接(jie)将熱風(feng)集中在(zai)器件上(shang)，從而保(bao)護了周(zhou)🏃圍的器(qi)件。拆除(chu)BGA時，溫度(du)的保持(chi)是很重(zhong)要的。關(guan)🏃‍♂️鍵是要(yao)對PCB的底(di)部🔴進行(hang)預熱，以(yi)防止翹(qiao)曲♉。拆除(chu)BGA是多點(dian)回流，因(yin)而需要(yao)技巧和(he)耐心🥵。此(ci)外，返修(xiu)一個BGA器(qi)🏃🏻件通常(chang)需要8到(dao)10分鍾，比(bi)返修其(qi)它的表(biao)面貼裝(zhuang)🏃‍♂️組件慢(man)。

清(qing)洗貼裝(zhuang)位置

    貼裝(zhuang)BGA之前，應(ying)清洗返(fan)修區域(yu)。這一步(bu)驟隻能(neng)以人工(gong)進行操(cao)作，因此(ci)技術人(ren)員的技(ji)巧非常(chang)重要。如(ru)果清洗(xi)不充分(fen)，新的BGA将(jiang)不能正(zheng)确回流(liu)，基闆和(he)阻焊膜(mo)也可能(neng)被損壞(huai)而不能(neng)修複。

    大批(pi)量返修(xiu)BGA時，常用(yong)的工具(ju)包括拆(chai)焊烙鐵(tie)和熱風(feng)拆焊裝(zhuang)置。熱風(feng)拆焊裝(zhuang)置是先(xian)加熱焊(han)盤表面(mian)，然後🙇🏻用(yong)真空裝(zhuang)🌍置吸走(zou)熔融焊(han)📞膏。拆焊(han)烙鐵使(shi)用方便(bian)，但要求(qiu)技術熟(shu)練的人(ren)員👨‍❤️‍👨操作(zuo)。如果使(shi)用不當(dang)，拆焊烙(lao)鐵很容(rong)易損壞(huai)印制闆(pan)和焊盤(pan)。

    在(zai)去除殘(can)留焊膏(gao)時，很多(duo)組裝者(zhe)喜歡用(yong)除錫編(bian)織帶🍉。如(ru)果用合(he)适的編(bian)織帶，并(bing)且方法(fa)正确，拆(chai)除工藝(yi)就會✂️快(kuai)速⭐、安全(quan)、高效而(er)且㊙️便宜(yi)。

    雖(sui)然使用(yong)除錫編(bian)織帶需(xu)要一定(ding)的技能(neng)，但是并(bing)不困難(nan)。用烙鐵(tie)和所選(xuan)編織帶(dai)接觸需(xu)要去除(chu)的焊膏(gao)📞，使焊芯(xin)位于烙(lao)鐵頭與(yu)基闆之(zhi)間。烙鐵(tie)頭直接(jie)接觸基(ji)闆可♍能(neng)會造成(cheng)損壞。 焊(han)膏-焊🤩芯(xin)BGA除錫編(bian)織帶專(zhuan)門用于(yu)從BGA焊🔅盤(pan)和元件(jian)上去除(chu)殘留焊(han)膏，不會(hui)損壞阻(zu)焊膜或(huo)暴露在(zai)外的印(yin)制線。它(ta)使熱量(liang)通過編(bian)織帶♋以(yi)最佳方(fang)式傳遞(di)到焊點(dian)，這樣，焊(han)盤發生(sheng)移位💛或(huo)PCB遭受損(sun)壞的🔴可(ke)能性㊙️就(jiu)降至最(zui)低。

    由于焊(han)芯在使(shi)用中的(de)活動性(xing)很好，因(yin)此不必(bi)爲避免(mian)熱損壞(huai)㊙️而拖曳(ye)焊芯。相(xiang)反，将焊(han)芯放置(zhi)在基闆(pan)與烙鐵(tie)頭之間(jian)，加熱2至(zhi)3秒鍾，然(ran)後向上(shang)擡起編(bian)織帶和(he)✔️烙鐵。擡(tai)起而不(bu)是拖曳(ye)編織帶(dai)❗，可使焊(han)🔞盤遭到(dao)損壞的(de)危險降(jiang)🤞至最低(di)。編織帶(dai)可去除(chu)所有的(de)殘留焊(han)膏，從而(er)排除了(le)橋接和(he)短路的(de)可能性(xing)。 去除殘(can)留焊膏(gao)以後，用(yong)适當的(de)溶劑清(qing)洗這一(yi)區域。可(ke)以用毛(mao)刷刷掉(diao)殘留的(de)助焊劑(ji)。爲了對(dui)新器件(jian)進行适(shi)當的回(hui)流焊，PCB必(bi)須很幹(gan)淨。

貼裝器(qi)件

    熟練的(de)技術人(ren)員可以(yi)"看見"一(yi)些器件(jian)的貼裝(zhuang)，但并不(bu)提倡用(yong)這種方(fang)法。如果(guo)要求更(geng)高的工(gong)藝合格(ge)率，就必(bi)須使用(yong)分光(split-optics)視(shi)覺系統(tong)。要用真(zhen)空拾取(qu)管貼裝(zhuang)、校準器(qi)件，并用(yong)熱風進(jin)行回流(liu)焊。此時(shi)，預先編(bian)程且精(jing)密确定(ding)的溫度(du)曲線很(hen)關鍵。在(zai)拆除元(yuan)件時，BGA最(zui)可能出(chu)故障，因(yin)此可能(neng)會忽視(shi)它的完(wan)整性。

    重新(xin)貼裝元(yuan)件時，應(ying)采用完(wan)全不同(tong)的方法(fa)。爲避免(mian)損壞新(xin)的BGA，預熱(re)(100℃至125℃)、溫度(du)上升速(su)率和溫(wen)度保持(chi)時間都(dou)很關鍵(jian)。與PBGA相比(bi)，CBGA能✨夠吸(xi)收更多(duo)的熱量(liang)，但升溫(wen)速率卻(que)比♊标準(zhun)的2℃/s要慢(man)一些。

    BGA有很(hen)多适于(yu)現代高(gao)速組裝(zhuang)的優點(dian)。BGA的組裝(zhuang)可能不(bu)需要新(xin)的工藝(yi)，但卻要(yao)求現有(you)工藝适(shi)用于具(ju)有隐藏(cang)焊點的(de)BGA組裝。爲(wei)使🏃BGA更具(ju)成本效(xiao)益，必須(xu)達到高(gao)合格率(lü)，并能有(you)效地返(fan)修📱組件(jian)。适當地(di)培訓返(fan)修技術(shu)人員，采(cai)用♋恰當(dang)的返🆚修(xiu)設備，了(le)解BGA返修(xiu)的關鍵(jian)工序✊，都(dou)有助于(yu)實現穩(wen)定、有效(xiao)的返修(xiu)。

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