BGA元件的(de)組裝和(he)返修

大(dà)多數制(zhì)造商都(dōu)認爲，球(qiu)珊陣列(lie)(BGA)器件具(jù)有不可(ke)否認🎯的(de)優點。但(dàn)這項技(jì)術中的(de)一些問(wèn)題仍有(yǒu)待進一(yi)步讨論(lun)，而不是(shi)立即實(shi)現，因爲(wei)它難以(yi)修整焊(han)接端。隻(zhi)能用X射(she)線或電(diàn)氣測試(shi)電路的(de)方法來(lai)測試BGA的(de)互連完(wan)整性🐅，但(dàn)這兩種(zhǒng)方法都(dou)是既昂(áng)貴又耗(hao)時。

    設計人(rén)員需要(yào)了解BGA的(de)性能特(tè)性，這與(yu)早期的(de)SMD很相似(sì)。PCB設🚶‍♀️計💁者(zhě)必須知(zhī)道在制(zhi)造工藝(yi)發生變(bian)化時，應(yīng)如何對(duì)設計🔆進(jìn)行相應(yīng)的修改(gai)。對于制(zhi)造商，則(zé)面臨着(zhe)處理不(bu)同類型(xíng)的BGA封裝(zhuāng)和最終(zhōng)♌工藝發(fa)生變化(hua)的挑戰(zhan)。爲了提(tí)高合格(gé)率，組裝(zhuang)者必須(xu)考慮建(jian)立一套(tao)處🛀🏻理BGA器(qi)件的新(xin)🌏标準。最(zuì)後，要想(xiang)獲得最(zuì)具成本(ben)-效益的(de)組裝，也(ye)許關鍵(jiàn)還在于(yú)BGA返修人(rén)員。

    兩種最(zui)常見的(de)BGA封裝是(shi)塑封BGA(PBGA)和(he)陶瓷BGA封(feng)裝(CBGA)。PBGA上帶(dai)有直徑(jìng)通常爲(wei)0.762mm的易熔(róng)焊球，回(hui)流焊期(qi)間(通常(cháng)爲215℃)，這些(xie)焊球在(zai)🙇‍♀️封裝與(yu)PCB之間坍(tān)塌成0.406mm高(gao)的焊點(dian)。CBGA是在元(yuán)件和印(yìn)制闆上(shang)采用不(bú)熔焊球(qiú)(實際上(shàng)是它的(de)熔點大(da)大高于(yú)回流焊(han)的溫度(du))，焊球直(zhí)徑爲0.889mm，高(gāo)度保持(chí)不變。

    第三(sān)種BGA封裝(zhuāng)爲載帶(dai)球栅陣(zhèn)列封裝(zhuang)(TBGA)，這種封(fēng)裝現在(zai)越🐅來越(yue)多地用(yong)于要求(qiú)更輕、更(gèng)薄器件(jian)的高性(xing)能組件(jiàn)中。在聚(ju)酰亞胺(àn)載帶上(shàng)，TBGA的I/O引線(xiàn)可超過(guo)700根。可采(cai)用标準(zhǔn)的絲網(wang)印刷焊(han)膏🔴和傳(chuán)統的紅(hong)外回流(liu)焊方法(fǎ)來加工(gong)TBGA。

組(zu)裝問題(tí)

    BGA組(zǔ)裝的較(jiao)大優點(diǎn)是，如果(guǒ)組裝方(fāng)法正确(què)，其合格(ge)率比傳(chuan)統🏃器⭕件(jian)高。這是(shì)因爲它(ta)沒有引(yǐn)線，簡化(hua)了元件(jian)的處理(li)，因此減(jian)✍️少了器(qi)件遭受(shou)損壞的(de)可能性(xing)。

    BGA回(hui)流焊工(gōng)藝與SMD回(hui)流焊工(gōng)藝相同(tóng)，但BGA回流(liú)焊需要(yao)精密⛷️的(de)溫度控(kong)🚶‍♀️制，還要(yao)爲每個(gè)組件建(jiàn)立理想(xiǎng)的溫度(du)曲線。此(cǐ)外，BGA器件(jian)在回流(liú)焊期間(jian)，大多數(shu)都能夠(gòu)在焊盤(pán)上自動(dòng)對準。因(yīn)此，從實(shí)用的角(jiao)度考♍慮(lü)，可以用(yong)組裝SMD的(de)設備來(lai)組裝BGA。

    但是(shì)，由于BGA的(de)焊點是(shì)看不見(jiàn)的，因此(cǐ)必須仔(zǎi)細觀察(cha)💁焊膏塗(tu)敷的情(qing)況。焊膏(gao)塗敷的(de)準确度(dù)，尤其對(dui)于CBGA，将直(zhi)接影響(xiang)組裝合(he)格🚶‍♀️率。一(yi)💚般允許(xǔ)SMD器件組(zǔ)裝出現(xiàn)合格率(lü)低的情(qíng)況，因爲(wèi)其返修(xiu)既快又(yòu)便📱宜，而(ér)BGA器件卻(que)沒有這(zhe)樣的優(yōu)勢。爲了(le)提高初(chū)次合格(ge)率，很多(duo)大批量(liàng)BGA的組裝(zhuang)者😍購買(mǎi)了檢測(ce)系統和(he)複雜的(de)返修設(she)備🏃。在回(huí)流焊之(zhi)前檢測(ce)焊膏塗(tú)敷和元(yuan)件貼裝(zhuang)，比在回(hui)流焊之(zhī)後檢測(cè)更能降(jiàng)低成本(ben)，因爲💋回(huí)流焊之(zhī)後便難(nan)❤️以進行(háng)檢測，而(ér)且💃🏻所需(xu)設備也(ye)很昂貴(guì)。

    要(yao)仔細選(xuan)擇焊膏(gāo)，因爲對(duì)BGA組裝，特(tè)别是對(duì)PBGA組裝來(lái)說，焊膏(gao)的組成(cheng)并不總(zong)是很理(lǐ)想。必須(xū)使供應(yīng)商确保(bao)其焊膏(gāo)不會形(xíng)成焊點(dian)空穴。同(tong)樣，如果(guǒ)用水溶(róng)性焊膏(gao)，應注🌈意(yi)選擇封(fēng)裝類🌈型(xing)。

    由(you)于PBGA對潮(cháo)氣敏感(gǎn)，因此在(zài)組裝之(zhi)前要采(cǎi)取預處(chu)理措施(shi)。建議所(suo)有的封(fēng)裝在24小(xiao)時内完(wan)成全部(bù)組裝和(he)回流焊(hàn)。器件離(lí)開抗靜(jing)電保護(hu)袋的時(shi)間過長(zhǎng)将會📧損(sǔn)壞器件(jian)。CBGA對潮氣(qì)不敏感(gan)，但仍需(xū)小心。

返修(xiu)

返(fǎn)修BGA的基(ji)本步驟(zhou)與返修(xiū)傳統SMD的(de)步驟相(xiang)同：

爲每個(ge)元件建(jiàn)立一條(tiao)溫度曲(qu)線； 
拆除(chú)元件； 
去(qù)除殘留(liu)焊膏并(bìng)清洗這(zhè)一區域(yù)； 
貼裝新(xin)的BGA器件(jiàn)。在某些(xie)情況下(xià)，BGA器件可(ke)以重複(fu)使用； 
當(dang)然，這三(sān)種主要(yào)類型的(de)BGA，都需要(yao)對工藝(yì)做稍微(wēi)不同😄的(de)❗調整。對(duì)于所有(you)的BGA，溫度(dù)曲線的(de)建立都(dou)是相當(dang)重要的(de)。不能嘗(chang)試省掉(diào)這一步(bu)驟。如果(guo)技術人(ren)員沒有(yǒu)合适🔴的(de)工具，而(er)且本身(shēn)沒有受(shòu)過專門(men)的培訓(xun)，就會發(fā)現很難(nan)去掉殘(cán)留的焊(hàn)膏。過于(yu)頻繁地(di)使用設(she)☀️計不良(liáng)的拆焊(han)編織帶(dai)，再加上(shang)技術人(rén)員沒有(you)受過良(liang)好的培(péi)訓，會導(dao)緻基闆(pǎn)和阻🥵焊(han)膜的損(sun)壞。
建立(li)溫度曲(qu)線

    與傳統(tong)的SMD相比(bi)，BGA對溫度(dù)控制的(de)要求要(yao)高得多(duo)。必須逐(zhú)步加熱(rè)整個BGA封(fēng)裝，使焊(han)接點發(fā)生回流(liu)。

    如(ru)果不嚴(yán)格控制(zhi)溫度、溫(wēn)度上升(shēng)速率和(he)保持時(shi)間(2℃/s至3℃/s)，回(hui)🔞流焊☎️就(jiù)不會同(tong)時發生(sheng)，而且還(hái)可能損(sun)壞器件(jiàn)。爲拆除(chú)BGA而建立(lì)一條穩(wen)定的溫(wēn)度曲線(xiàn)需要一(yī)定的技(jì)巧。設計(ji)人員🈲并(bing)不是總(zǒng)能得到(dào)每個封(fēng)裝的信(xìn)息🏃🏻‍♂️，嘗試(shi)方法可(kě)能會對(dui)🈲基闆、周(zhou)圍的器(qi)件或浮(fu)起的焊(hàn)🤟盤造成(cheng)熱損壞(huài)。

    具(jù)有豐富(fu)的BGA返修(xiu)經驗的(de)技術人(rén)員主要(yao)依靠破(pò)壞性🏃🏻方(fāng)法來✍️确(que)定适當(dāng)的溫度(dù)曲線。在(zai)PCB上鑽孔(kong)，使焊點(dian)暴露出(chū)來✨，然後(hòu)将熱電(diàn)偶連接(jiē)到焊點(dian)上。這樣(yang)，就可以(yi)爲每個(ge)被監測(cè)的焊點(dian)建立一(yi)條溫度(du)曲線。技(jì)術數據(jù)表明⭕，印(yìn)制闆溫(wēn)度曲線(xiàn)的☔建立(lì)是以🔅一(yi)個布滿(mǎn)元件的(de)印制闆(pǎn)爲基礎(chǔ)的，它采(cai)用了新(xīn)的熱電(diàn)偶和一(yi)個經校(xiào)準的✏️記(ji)錄元件(jiàn)，并在印(yin)制闆的(de)高、低溫(wen)區安裝(zhuang)了熱電(dian)偶。一㊙️旦(dàn)爲基闆(pǎn)和BGA建立(li)了溫度(dù)曲線，就(jiù)能夠對(duì)其進行(háng)編程，以(yi)便重複(fu)使用。

    利用(yòng)一些熱(rè)風返修(xiu)系統，可(kě)以比較(jiao)容易地(dì)拆除BGA。通(tong)常‼️，某一(yi)🏒溫度🐪(由(yóu)溫度曲(qǔ)線确定(dìng))的熱風(feng)從噴嘴(zui)噴出，使(shi)焊膏回(hui)流，但不(bú)會損壞(huai)基闆或(huo)周圍的(de)元件。噴(pen)嘴的類(lèi)型随設(she)備或技(jì)術⭐人員(yuán)的♊喜好(hǎo)而不同(tóng)。一些噴(pen)嘴使熱(rè)風💃🏻在BGA器(qi)件的上(shàng)部和底(di)部流動(dong)，一🤞些噴(pen)嘴水平(píng)移動熱(re)風，還有(you)一些噴(pēn)嘴隻将(jiāng)熱風噴(pen)在BGA的上(shang)方。也有(yǒu)人喜歡(huan)🥰用帶罩(zhao)的噴嘴(zuǐ)，它可直(zhi)接将熱(rè)風✏️集中(zhōng)在器件(jiàn)上，從而(ér)保護了(le)周圍的(de)器件。拆(chai)除BGA時，溫(wēn)度的❄️保(bao)✌️持是很(hěn)重要的(de)。關鍵是(shi)要對PCB的(de)底部進(jin)行預熱(rè)，以防止(zhǐ)翹曲。拆(chāi)除BGA是多(duo)點回流(liú)，因而需(xū)要技巧(qiao)和耐心(xin)🌈。此外，返(fǎn)修一個(ge)BGA器⭐件通(tōng)常需要(yao)8到10分鍾(zhōng)，比返修(xiū)其它的(de)表面貼(tie)裝組件(jiàn)慢。

清洗貼(tie)裝位置(zhi)

    貼(tiē)裝BGA之前(qian)，應清洗(xǐ)返修區(qū)域。這一(yī)步驟隻(zhī)能以人(ren)工進🧡行(hang)操作，因(yīn)♌此技術(shù)人員的(de)技巧非(fei)常重要(yao)。如果清(qīng)洗不充(chong)分，新的(de)BGA将不能(neng)正✔️确回(hui)流，基闆(pan)和阻焊(han)膜也✔️可(kě)能被損(sun)壞而不(bú)能修複(fú)。

    大(dà)批量返(fan)修BGA時，常(cháng)用的工(gong)具包括(kuo)拆焊烙(lao)鐵和熱(re)風拆焊(han)📐裝⛱️置。熱(re)風拆焊(hàn)裝置是(shi)先加熱(re)焊盤表(biao)面，然後(hou)用真空(kōng)裝置吸(xī)走熔融(róng)焊膏。拆(chai)焊烙鐵(tie)使用方(fang)便，但要(yào)求技術(shu)熟練的(de)人員操(cāo)作。如果(guǒ)使用不(bú)當，拆焊(hàn)烙鐵很(hěn)容易損(sun)壞印制(zhi)闆和焊(hàn)盤。

    在去除(chu)殘留焊(hàn)膏時，很(hen)多組裝(zhuang)者喜歡(huan)用除錫(xi)編織帶(dai)。如果用(yong)合适的(de)編織帶(dai)，并且方(fang)法正确(què)，拆除工(gōng)藝就會(hui)快速、安(ān)全🌈、高效(xiao)而且便(bian)宜。

    雖然使(shi)用除錫(xi)編織帶(dai)需要一(yi)定的技(jì)能，但是(shì)并不困(kun)❤️難。用烙(lào)鐵和所(suo)選編織(zhi)帶接觸(chù)需要去(qu)除的焊(hàn)膏，使焊(hàn)🍉芯位于(yú)烙鐵頭(tóu)與基闆(pan)之間。烙(lào)鐵頭直(zhi)接接觸(chu)基闆可(ke)能會造(zào)📞成損壞(huai)。 焊膏-焊(han)芯BGA除錫(xī)編織帶(dai)專門用(yong)于從BGA焊(han)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼盤和元(yuán)件上去(qu)除殘留(liú)焊膏，不(bu)💛會損壞(huai)阻焊膜(mo)或暴露(lu)在外的(de)印制🧑🏾‍🤝‍🧑🏼線(xian)。它使熱(re)量✊通過(guo)編織帶(dai)以最佳(jiā)方式傳(chuán)遞到焊(han)點，這樣(yang)⛱️，焊盤發(fā)生移位(wèi)或PCB遭受(shòu)損壞的(de)可能性(xing)就降至(zhì)🐉最低。

    由于(yu)焊芯在(zài)使用中(zhōng)的活動(dòng)性很好(hao)，因此不(bu)必爲避(bi)💃免熱損(sǔn)壞💞而拖(tuo)曳焊芯(xin)。相反，将(jiāng)焊芯放(fang)置在基(jī)闆與烙(lào)鐵頭之(zhī)間，加熱(re)2至3秒鍾(zhōng)，然後向(xiang)上擡起(qǐ)編織帶(dai)和⛷️烙鐵(tie)。擡㊙️起而(ér)不是拖(tuō)曳編織(zhī)帶，可使(shǐ)焊💰盤遭(zao)到損壞(huai)的危險(xiǎn)降至最(zui)低。編織(zhī)帶可去(qu)除所有(you)的殘留(liú)焊膏✂️，從(cóng)而排除(chú)了橋接(jiē)和短路(lu)的可能(neng)性。 去除(chu)殘留焊(han)膏以後(hòu)，用适當(dang)㊙️的溶劑(ji)清洗這(zhe)一區域(yù)。可以用(yong)毛刷刷(shua)掉殘留(liú)的助焊(hàn)劑。爲了(le)對新器(qì)件進行(hang)适當的(de)回流焊(han)❌，PCB必須很(hen)幹淨。

貼裝(zhuang)器件

    熟練(liàn)的技術(shù)人員可(ke)以"看見(jiàn)"一些器(qì)件的貼(tiē)裝，但并(bing)不提倡(chàng)用🔴這種(zhong)方法。如(ru)果要求(qiu)更高的(de)工藝合(hé)格率，就(jiu)必✍️須使(shǐ)用分光(guang)(split-optics)視覺系(xi)🏃‍♂️統。要用(yong)真空拾(shí)取管貼(tiē)裝、校準(zhun)器件，并(bìng)用熱風(fēng)進🈲行回(huí)流焊。此(ci)時，預先(xiān)編程且(qie)💔精密确(que)定的溫(wēn)度曲💛線(xiàn)很關鍵(jiàn)。在拆除(chu)元🌈件時(shi)，BGA最可能(neng)出故障(zhang)，因此可(ke)能會忽(hu)視它的(de)完整性(xing)。

    重(zhong)新貼裝(zhuang)元件時(shi)，應采用(yong)完全不(bú)同的方(fang)法。爲避(bì)免損壞(huài)🌐新的BGA，預(yù)🏃‍♂️熱(100℃至125℃)、溫(wēn)度上升(sheng)速率和(he)溫度保(bǎo)持時間(jiān)都很關(guān)鍵。與PBGA相(xiàng)比，CBGA能夠(gòu)吸收更(geng)多的熱(rè)量，但升(sheng)溫速率(lü)卻比标(biāo)準的2℃/s要(yao)慢一些(xiē)。

    BGA有(yǒu)很多适(shi)于現代(dai)高速組(zǔ)裝的優(you)點。BGA的組(zu)裝可能(neng)不需要(yào)新的工(gong)藝，但卻(que)要求現(xian)有工藝(yi)适用于(yu)具有隐(yin)🔞藏焊點(dian)的🚶‍♀️BGA組裝(zhuāng)。爲使BGA更(geng)具成本(běn)效益，必(bì)須達到(dao)高合格(gé)率，并能(neng)有效📧地(dì)返修🧑🏾‍🤝‍🧑🏼組(zu)件。适👄當(dāng)地培訓(xun)返修技(jì)術人員(yuan)，采用恰(qià)當的返(fǎn)修設備(bèi)，了解BGA返(fan)修的關(guān)鍵工序(xu)✍️，都有助(zhu)于實🤩現(xiàn)穩定、有(you)效🏃的返(fǎn)修。

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