BGA元件的(de)組裝和(he)返修

大(dà)多數制(zhi)造商都(dōu)認爲，球(qiú)珊陣列(lie)(BGA)器件具(ju)有不可(ke)否㊙️認的(de)優✨點。但(dàn)這項技(ji)術中的(de)一些問(wèn)題仍有(yǒu)待進一(yī)步讨♌論(lùn)，而不是(shi)💋立即實(shi)現⁉️，因爲(wei)它難以(yi)修整焊(hàn)接端。隻(zhī)能用X射(she)線或電(dian)氣測試(shi)電路的(de)方法來(lai)測試BGA的(de)互連完(wan)整性，但(dan)這兩種(zhǒng)方法都(dōu)是♊既昂(ang)貴又👅耗(hào)時。

    設計人(rén)員需要(yào)了解BGA的(de)性能特(tè)性，這與(yǔ)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(yì)發生變(bian)化時，應(ying)如何對(dui)設計進(jin)行🙇🏻相應(ying)的修改(gǎi)。對于制(zhi)造商，則(ze)面臨着(zhe)處理不(bu)💔同類型(xing)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(zhuāng)者必🈲須(xu)考慮建(jiàn)立一套(tào)處理BGA器(qi)件的新(xīn)标準。最(zuì)後，要想(xiang)獲得最(zuì)具成本(běn)-效益的(de)👅組裝，也(ye)許關鍵(jiàn)還在于(yu)BGA返修人(ren)員。

    兩種最(zuì)常見的(de)BGA封裝是(shì)塑封BGA(PBGA)和(he)陶瓷BGA封(feng)裝(CBGA)。PBGA上帶(dai)有直徑(jing)🙇‍♀️通常爲(wei)🐆0.762mm的易熔(róng)焊球，回(hui)流焊期(qī)間(通常(cháng)爲215℃)，這些(xie)焊球在(zài)封裝與(yu)PCB之間坍(tan)🔞塌成0.406mm高(gāo)的焊點(diǎn)。CBGA是在元(yuán)件和印(yin)制闆上(shang)采用不(bú)熔焊球(qiu)(實際上(shang)是它的(de)🐅熔點大(dà)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(chi)不變。

    第三(san)種BGA封裝(zhuang)爲載帶(dai)球栅陣(zhèn)列封裝(zhuang)(TBGA)，這種封(fēng)裝現在(zài)越來越(yuè)🚶‍♀️多💞地用(yòng)于要求(qiu)更輕、更(geng)薄器件(jiàn)的高性(xing)能組件(jiàn)中。在聚(ju)酰亞胺(àn)載帶上(shang)，TBGA的I/O引線(xian)可超過(guò)700根。可采(cǎi)用㊙️标準(zhun)的絲網(wang)印刷焊(hàn)膏和傳(chuán)統🐉的紅(hóng)外🐉回流(liu)焊方法(fa)來加工(gōng)TBGA。

組(zǔ)裝問題(ti)

    BGA組(zu)裝的較(jiào)大優點(dian)是，如果(guǒ)組裝方(fang)法正确(que)，其合格(gé)率比🏃🏻‍♂️傳(chuan)✂️統器件(jiàn)高。這是(shi)因爲它(ta)沒有引(yin)線，簡化(huà)了元件(jiàn)㊙️的處㊙️理(lǐ)，因此減(jiǎn)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(huí)流焊工(gong)藝相同(tóng)，但BGA回流(liú)焊需要(yao)精密的(de)溫度控(kòng)制，還要(yao)爲每個(gè)組件建(jiàn)立理想(xiang)的溫度(dù)曲線。此(ci)外，BGA器件(jiàn)在回流(liú)焊💜期間(jian)，大多數(shù)都能夠(gou)在焊盤(pán)上自動(dòng)對準。因(yin)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(ci)必須仔(zai)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(yī)般允許(xu)SMD器件組(zu)裝出現(xiàn)合格率(lü)低♋的情(qing)況，因爲(wei)其返修(xiū)既✊快又(yòu)便㊙️宜，而(ér)BGA器件卻(què)沒有這(zhè)樣的優(yōu)勢。爲了(le)提高初(chu)次合格(gé)率，很多(duō)大批量(liang)BGA的組裝(zhuāng)者購買(mai)了檢測(ce)系統和(hé)複雜的(de)返修設(she)備♌。在回(hui)流焊之(zhī)前🏃‍♀️檢測(cè)焊膏塗(tu)敷和元(yuan)件貼裝(zhuang)，比在回(huí)🏃‍♀️流焊之(zhi)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(hang)檢測，而(er)且所需(xu)設備也(ye)很昂貴(gui)。

    要(yào)仔細選(xuǎn)擇焊膏(gāo)，因爲對(dui)BGA組裝，特(te)别是對(dui)PBGA組裝來(lai)說，焊膏(gāo)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(gao)不🤩會形(xing)🐆成焊點(diǎn)空穴。同(tong)樣，如果(guǒ)用水溶(rong)性焊膏(gāo)，應注意(yi)選擇封(feng)裝類✔️型(xing)。

    由(yóu)于PBGA對潮(cháo)氣敏感(gan)，因此在(zài)組裝之(zhi)前要采(cǎi)取預處(chù)理措施(shī)。建議所(suo)有的封(feng)裝在24小(xiao)時内完(wan)成全部(bù)組裝和(hé)回流🍓焊(hàn)。器件離(li)開抗☁️靜(jìng)電保護(hù)袋的時(shi)間過長(zhang)将會損(sǔn)壞器件(jiàn)。CBGA對潮氣(qi)不敏感(gǎn)，但仍需(xū)小心🌍。

返修(xiū)

返(fan)修BGA的基(ji)本步驟(zhòu)與返修(xiu)傳統SMD的(de)步驟相(xiang)同：

爲每個(ge)元件建(jian)立一條(tiao)溫度曲(qǔ)線； 
拆除(chu)元件； 
去(qù)除殘留(liú)焊膏并(bing)清洗這(zhè)一區域(yù)； 
貼裝新(xin)的BGA器件(jiàn)。在某些(xie)情況下(xia)，BGA器件可(ke)以重複(fu)使用； 
當(dāng)然，這三(san)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(dui)于所有(you)的BGA，溫度(dù)曲線的(de)建立都(dou)是相當(dāng)👌重要的(de)。不能嘗(cháng)試省⛱️掉(diào)這一步(bù)驟。如果(guǒ)技術人(rén)員沒‼️有(you)合适的(de)工具，而(ér)且本身(shen)沒有受(shou)過專門(men)的培訓(xun)，就會發(fā)現很難(nán)去掉殘(cán)留的焊(hàn)膏。過于(yu)頻繁地(dì)使用設(shè)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(tǒng)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(zhu)🏒步加熱(rè)整個BGA封(fēng)裝，使焊(han)接點發(fā)生回流(liú)。

    如(ru)果不嚴(yán)格控制(zhi)溫度、溫(wēn)度上升(shēng)速率和(hé)保持時(shi)間(2℃/s至3℃/s)，回(huí)🍉流焊㊙️就(jiù)不會同(tong)時發生(shēng)，而且還(hái)可能損(sǔn)壞器件(jiàn)🛀🏻。爲拆除(chu)BGA而建立(lì)一條穩(wen)定💁的溫(wen)度曲線(xian)需要一(yī)定的技(jì)巧。設計(jì)人員并(bìng)不是總(zong)能得🌍到(dào)每個封(feng)裝的信(xìn)息⭐，嘗試(shì)方法可(ke)能會對(duì)基闆、周(zhōu)圍💞的器(qi)件或浮(fu)起的焊(han)🔴盤造成(chéng)熱損壞(huài)。

    具(ju)有豐富(fu)的BGA返修(xiū)經驗的(de)技術人(rén)員主要(yao)依靠破(po)壞性方(fāng)法♌來确(què)定适當(dāng)的溫度(du)曲線。在(zai)PCB上鑽孔(kǒng)，使焊點(dian)暴露💋出(chū)來，然後(hòu)将熱電(dian)偶連接(jiē)到焊點(diǎn)上。這樣(yàng)，就可以(yǐ)爲每個(gè)被監測(ce)的焊點(dian)建立一(yī)條溫度(dù)曲線。技(jì)術數據(ju)表明，印(yin)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(cǎi)用了新(xīn)的熱電(diàn)偶和一(yi)個經校(xiao)準的❌記(jì)錄元件(jiàn)，并在印(yin)制闆的(de)高、低溫(wēn)區安裝(zhuang)了熱電(dian)偶。一旦(dàn)爲基闆(pan)和BGA建立(lì)㊙️了溫度(dù)曲線，就(jiu)能⚽夠對(duì)其進行(hang)編程，以(yǐ)便重複(fú)使用。

    利用(yòng)一些熱(re)風返修(xiū)系統，可(kě)以比較(jiào)容易地(di)拆除BGA。通(tōng)🐆常🥵，某一(yī)溫度(由(you)溫度曲(qu)線确定(ding))的熱風(feng)從噴嘴(zui)噴出㊙️，使(shǐ)焊😄膏回(hui)流，但🙇‍♀️不(bu)會損壞(huai)基闆或(huò)周圍的(de)元件。噴(pēn)嘴的類(lei)型随設(shè)備或技(jì)術人員(yuan)的喜好(hǎo)而☀️不同(tóng)。一些噴(pēn)嘴使熱(re)風在BGA器(qì)件的上(shàng)部和底(di)部流動(dòng)，一♍些噴(pēn)嘴水🚩平(píng)移動熱(rè)風，還有(you)一些噴(pēn)嘴隻将(jiang)熱風噴(pen)在BGA的上(shang)方。也有(yǒu)人喜歡(huan)用帶罩(zhào)的噴嘴(zuǐ)，它可直(zhí)接将熱(rè)風集中(zhong)在器件(jiàn)上，從而(ér)保護了(le)周🤩圍的(de)器件。拆(chāi)除BGA時，溫(wen)度的🔞保(bao)持是很(hěn)重要的(de)。關鍵是(shì)要對PCB的(de)底部進(jin)行預熱(re)，以防止(zhǐ)翹曲。拆(chai)除BGA是多(duo)點💯回流(liu)，因而需(xū)要技巧(qiǎo)和耐心(xīn)。此外，返(fan)修一個(ge)BGA器件通(tōng)常🔴需要(yào)8到10分鍾(zhong)，比返修(xiū)其它的(de)表面貼(tiē)裝💔組件(jiàn)慢。

清洗貼(tiē)裝位置(zhi)

    貼(tie)裝BGA之前(qian)，應清洗(xi)返修區(qu)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(fēi)常重要(yào)。如果清(qing)洗不充(chong)分，新的(de)BGA将不🈲能(néng)正🔞确回(hui)流，基闆(pan)和阻焊(hàn)膜也可(ke)能被✔️損(sǔn)壞而不(bú)能修複(fu)。

    大(da)批量返(fan)修BGA時，常(chang)用的工(gōng)具包括(kuo)拆焊烙(lào)鐵和熱(rè)風拆焊(hàn)裝置。熱(re)風拆焊(han)裝置是(shì)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(tiě)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(bu)當，拆焊(han)烙鐵很(hěn)容易損(sun)壞印制(zhi)闆和焊(han)盤。

    在去除(chu)殘留焊(han)膏時，很(hěn)多組裝(zhuāng)者喜歡(huān)用除錫(xī)編織帶(dài)。如果用(yòng)合♊适的(de)編織帶(dai)，并且方(fang)法正确(què)，拆除工(gōng)藝就會(huì)快速、安(ān)全🐇、高效(xiào)而且便(biàn)宜。

    雖然使(shi)用除錫(xī)編織帶(dài)需要一(yi)定的技(ji)能，但是(shi)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(han)膏，使焊(hàn)芯位于(yú)烙鐵頭(tou)與基闆(pǎn)之間。烙(lao)鐵頭直(zhi)接接觸(chu)基闆可(kě)能會造(zào)成損壞(huai)✍️。 焊膏-焊(han)芯BGA除錫(xī)編織帶(dài)專門用(yong)于從BGA焊(hàn)❌盤和元(yuan)件💋上去(qù)除殘留(liú)焊膏，不(bu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼會損壞(huài)阻焊膜(mo)或暴露(lù)在外的(de)印制💋線(xian)。它使熱(rè)量🤩通過(guo)編織帶(dai)以最佳(jia)方式傳(chuán)遞到焊(han)點，這樣(yàng)，焊盤發(fa)生移位(wèi)或PCB遭受(shou)損壞的(de)可能性(xing)就降至(zhi)最低。

    由于(yu)焊芯在(zài)使用中(zhong)的活動(dong)性很好(hao)，因此不(bu)必爲避(bi)免熱損(sǔn)壞而拖(tuō)曳焊芯(xin)。相反，将(jiāng)焊芯放(fàng)置在基(jī)闆與烙(lào)鐵頭之(zhī)間，加熱(re)2至3秒鍾(zhong)，然後向(xiàng)上擡起(qi)編織帶(dai)和烙鐵(tiě)。擡🈲起而(er)不是拖(tuō)曳編織(zhi)帶，可使(shi)焊盤遭(zao)到損壞(huai)的危險(xian)降至最(zuì)低。編織(zhī)帶可去(qù)除所有(yǒu)的殘留(liú)焊膏，從(cong)而排除(chú)了🔞橋接(jiē)和短路(lu)的可能(néng)性。 去除(chu)殘留焊(hàn)膏以後(hòu)，用适當(dang)的溶劑(ji)清洗這(zhe)一區域(yu)。可以用(yong)毛刷刷(shua)❤️掉殘留(liu)的助焊(han)劑。爲了(le)對新器(qì)件進行(háng)适當的(de)回流焊(hàn)，PCB必須很(hen)幹淨。

貼裝(zhuang)器件

    熟練(liàn)的技術(shu)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(he)格率，就(jiù)必須使(shi)用分🔴光(guāng)(split-optics)視覺系(xì)統。要用(yòng)真空拾(shí)取管貼(tie)裝💜、校準(zhǔn)器件，并(bìng)用💰熱風(feng)進行回(hui)流焊。此(ci)時，預先(xian)編程且(qie)精密确(què)定的溫(wen)度曲線(xiàn)很關鍵(jiàn)。在拆除(chu)元🛀🏻件時(shi)，BGA最可能(néng)出故障(zhang)，因此可(ke)能會忽(hu)視它的(de)完整性(xing)。

    重(zhòng)新貼裝(zhuāng)元件時(shi)，應采用(yong)完全不(bu)同的方(fāng)法。爲避(bi)免損✔️壞(huai)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(guan)鍵。與PBGA相(xiàng)比，CBGA能夠(gou)吸收更(gèng)多的熱(re)量，但升(sheng)溫速率(lü)卻比标(biao)準的2℃/s要(yao)慢一些(xie)。

    BGA有(yǒu)很多适(shi)于現代(dai)高速組(zu)裝的優(you)點。BGA的組(zu)裝可能(néng)不需要(yào)新的工(gōng)藝，但卻(que)要求現(xian)有工藝(yì)适用于(yú)具有隐(yin)藏焊點(diǎn)的BGA組裝(zhuāng)。爲使BGA更(gèng)具成本(ben)效益，必(bi)須達到(dao)高合格(gé)率，并☎️能(néng)有效⛷️地(dì)返修🌏組(zǔ)件。适當(dang)地培訓(xun)返修技(ji)術人員(yuan)，采用恰(qià)當的返(fan)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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