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(ju)有不可(ke)否認的(de)🌈優點。但(dàn)這項技(ji)術中的(de)一些問(wen)題仍有(you)待進一(yī)步讨🚩論(lùn)，而不是(shi)立即實(shi)現，因爲(wei)它難以(yǐ)修整焊(hàn)接端。隻(zhi)能用X射(she)線或電(dian)氣測試(shì)電路的(de)方法來(lái)測試BGA的(de)互連完(wán)整性，但(dàn)這兩種(zhǒng)方法都(dou)是既昂(áng)貴又耗(hao)時。

    設計人(ren)員需要(yao)了解BGA的(de)性能特(tè)性，這與(yu)早期的(de)SMD很相似(si)。PCB設計者(zhě)必須知(zhī)道在制(zhi)造工藝(yì)發生變(biàn)化時，應(ying)如何對(dui)設計進(jin)行相應(ying)的修改(gai)。對于制(zhì)造商，則(ze)面臨着(zhe)🥰處理不(bu)同類型(xing)的BGA封裝(zhuang)和最終(zhōng)工藝發(fā)🎯生變化(huà)的挑🔞戰(zhàn)。爲了提(ti)高合格(gé)率💋，組裝(zhuang)者必須(xū)考慮建(jian)立一套(tào)處理BGA器(qi)件的新(xīn)标準。最(zuì)後，要😘想(xiang)獲得最(zui)具成本(běn)-效益的(de)🙇🏻組裝，也(yě)許關鍵(jiàn)還在于(yú)BGA返修人(ren)🌈員。

    兩種最(zuì)常見的(de)BGA封裝是(shi)塑封BGA(PBGA)和(he)陶瓷BGA封(fēng)裝(CBGA)。PBGA上帶(dai)有直徑(jìng)通🈲常爲(wèi)🌈0.762mm的易熔(róng)焊球，回(huí)流焊期(qī)間(通常(chang)爲215℃)，這些(xiē)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(shàng)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(dù))，焊球直(zhi)徑爲0.889mm，高(gāo)度保持(chí)不變。

    第三(sān)種BGA封裝(zhuang)爲載帶(dài)球栅陣(zhèn)列封裝(zhuāng)(TBGA)，這種封(fēng)裝現在(zai)越來越(yuè)多地用(yòng)于要求(qiú)更輕、更(geng)薄器件(jian)的高性(xìng)能組件(jiàn)中💔。在聚(ju)💃🏻酰亞胺(an)載帶上(shàng)，TBGA的I/O引線(xian)可超過(guo)700根。可采(cai)用标準(zhun)的絲網(wang)印刷焊(hàn)膏和傳(chuán)統的紅(hong)外回流(liu)焊方法(fa)💞來加工(gōng)TBGA。

組(zǔ)裝問題(tí)

    BGA組(zǔ)裝的較(jiao)大優點(dian)是，如果(guǒ)組裝方(fāng)法正确(què)，其合格(gé)率比傳(chuan)統器件(jiàn)高。這是(shi)因爲它(tā)沒有引(yin)線，簡化(hua)了元件(jian)的處理(lǐ)，因⭐此減(jiǎn)少了器(qi)件遭受(shou)損壞的(de)可能性(xìng)。

    BGA回(huí)流焊工(gong)藝與SMD回(hui)流焊工(gong)藝相同(tóng)，但BGA回流(liu)焊需要(yao)精密的(de)溫度💃🏻控(kòng)制，還要(yào)爲每個(gè)組件建(jiàn)立理想(xiang)的溫度(dù)曲線。此(ci)外，BGA器件(jian)在回流(liú)焊❤️期間(jian)，大多數(shu)都能夠(gòu)在焊盤(pan)上自動(dòng)對準。因(yin)此，從實(shi)用的角(jiao)度考慮(lü)，可以用(yòng)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(jian)的，因此(cǐ)必須仔(zai)細觀察(chá)焊膏塗(tu)敷的情(qíng)況。焊膏(gao)塗敷的(de)準确度(dù)，尤其對(dui)于CBGA，将直(zhí)接影響(xiang)組裝合(he)格率。一(yī)般允許(xǔ)SMD器件組(zǔ)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(que)沒有這(zhè)樣的優(you)勢。爲了(le)提高初(chū)次合格(ge)率🔞，很多(duo)大批量(liàng)BGA的組裝(zhuāng)者購買(mai)了檢測(ce)系統和(he)複雜♈的(de)返修設(shè)備。在回(hui)流焊之(zhi)前檢測(cè)焊膏塗(tu)敷和元(yuan)件貼裝(zhuāng)，比在回(huí)流焊之(zhī)後檢測(cè)更能降(jiang)低成本(ben)，因爲回(huí)流焊之(zhī)後便難(nán)以進行(háng)檢測，而(ér)且所需(xū)設備也(yě)很昂貴(guì)。

    要(yao)仔細選(xuǎn)擇焊膏(gao)，因爲對(duì)BGA組裝，特(te)别是對(duì)PBGA組裝來(lái)說，焊膏(gao)的組成(chéng)并不總(zong)是很理(lǐ)想。必須(xū)使供應(ying)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(róng)性焊膏(gao)，應注意(yì)選擇封(feng)裝類型(xíng)。

    由(you)于PBGA對潮(cháo)氣敏感(gan)，因此在(zai)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(xiǎo)時内完(wan)成全部(bù)組裝和(he)回流焊(hàn)。器件離(li)開抗靜(jing)電⛷️保護(hù)袋的時(shí)間過長(zhǎng)将會損(sǔn)壞器件(jian)。CBGA對潮氣(qì)不敏感(gǎn)，但仍需(xū)小心。

返修(xiū)

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

爲每個(ge)元件建(jiàn)立一條(tiao)溫度曲(qǔ)線； 
拆除(chú)元件； 
去(qù)除殘留(liu)焊膏并(bìng)清洗這(zhè)一區域(yu)； 
貼裝新(xin)的BGA器件(jian)。在某些(xiē)情況下(xia)，BGA器件可(ke)以重複(fu)使用； 
當(dāng)然，這三(sān)種主要(yào)類型的(de)BGA，都需要(yào)對工藝(yì)做稍微(wēi)不同的(de)調整。對(duì)于所有(yǒu)的BGA，溫度(dù)曲線的(de)建立都(dōu)是相當(dang)重要🐪的(de)。不能嘗(chang)試省掉(diao)這一步(bù)驟。如果(guǒ)技術人(ren)員沒有(yǒu)合适的(de)工具👣，而(er)且本身(shen)沒有受(shòu)過專門(mén)的培訓(xùn)，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(liang)的拆焊(han)編織帶(dai)，再加上(shang)技術人(ren)員沒有(yǒu)受過良(liáng)好的培(pei)訓🙇‍♀️，會導(dǎo)緻基闆(pǎn)和阻焊(han)膜的損(sun)壞。
建立(li)溫度曲(qǔ)線

    與傳統(tong)的SMD相比(bi)，BGA對溫度(du)控制的(de)要求要(yao)高得多(duō)。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(zhì)溫度、溫(wen)度上升(sheng)速率和(hé)保持時(shí)間(2℃/s至3℃/s)，回(hui)流焊就(jiu)🐪不會同(tóng)時發生(sheng)，而且還(hai)可能損(sǔn)壞器件(jian)。爲拆除(chú)BGA而建立(li)🌈一條穩(wěn)定的溫(wen)度曲線(xiàn)需要一(yī)定的技(jì)巧。設計(ji)人員并(bing)不是總(zong)能得到(dào)每個封(fēng)裝的信(xìn)息，嘗試(shi)方法可(ke)能會對(dui)基闆、周(zhou)圍的器(qì)件或浮(fú)起的焊(han)盤造成(cheng)熱損壞(huai)。

    具(ju)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(du)曲線。在(zài)PCB上鑽孔(kong)，使焊點(diǎn)暴露出(chu)來，然後(hòu)将熱❌電(dian)偶連接(jiē)到焊點(dian)上。這樣(yang)，就可以(yi)爲每個(gè)被監測(cè)的焊點(diǎn)建立一(yī)條溫度(dù)曲線。技(jì)術數據(jù)表明，印(yin)制闆溫(wēn)度曲線(xiàn)的🙇🏻建立(li)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(yī)個經校(xiao)準的記(ji)錄元件(jian)，并在印(yìn)制闆的(de)高、低💋溫(wen)區安裝(zhuang)了熱電(diàn)偶。一🈲旦(dàn)爲基闆(pan)和BGA建立(li)了溫度(dù)曲線，就(jiù)能夠對(dui)其進行(háng)編程，以(yǐ)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(di)拆除BGA。通(tong)常，某一(yī)溫度(由(you)溫度曲(qǔ)線确定(ding))的熱風(fēng)從噴嘴(zui)噴出，使(shǐ)焊膏回(hui)流，但不(bu)會❤️損壞(huai)基闆或(huo)周圍的(de)元件。噴(pēn)嘴🔆的類(lei)型随設(shè)備或技(ji)術人員(yuán)的喜好(hǎo)而不同(tong)。一些噴(pēn)🐉嘴使熱(rè)風✏️在BGA器(qi)件的上(shàng)部和底(di)🐆部流動(dòng)，一些噴(pen)嘴水平(ping)移動熱(rè)風，還有(you)一些噴(pēn)嘴隻将(jiang)熱風噴(pēn)在BGA的上(shàng)方🚶。也有(you)人喜歡(huan)用🐅帶罩(zhào)的噴嘴(zuǐ)，它可直(zhí)接将熱(re)風集中(zhōng)在器件(jiàn)上，從而(er)保護了(le)周圍的(de)器件。拆(chai)除BGA時，溫(wen)度的保(bǎo)🏃‍♂️持是很(hěn)重要的(de)。關🔞鍵是(shi)要對PCB的(de)底部進(jìn)💞行預熱(re)，以防止(zhi)翹曲👣。拆(chāi)除BGA是多(duo)點回流(liú)，因而需(xu)要技巧(qiǎo)和耐心(xin)。此外，返(fǎn)修一個(ge)BGA器件通(tong)常需要(yao)8到10分鍾(zhōng)，比返修(xiū)其它的(de)表面貼(tiē)裝組件(jian)慢。

清洗貼(tiē)裝位置(zhì)

    貼(tie)裝BGA之前(qian)，應清洗(xi)返修區(qu)域。這一(yi)步驟隻(zhi)能以人(ren)工👉進行(háng)操作，因(yin)此技術(shu)人員的(de)技巧非(fei)常重要(yao)。如果清(qīng)洗不充(chōng)分，新的(de)BGA将不能(néng)正确回(huí)流，基闆(pǎn)和阻焊(hàn)膜也可(kě)能被損(sǔn)壞而不(bu)能修複(fu)。

    大(da)批量返(fan)修BGA時，常(cháng)用的工(gong)具包括(kuò)拆焊烙(lào)鐵和熱(rè)風拆焊(hàn)裝置。熱(rè)風拆焊(han)裝置是(shì)先加熱(rè)焊盤表(biao)面，然後(hòu)用真空(kōng)裝🐅置吸(xī)走熔💚融(rong)焊膏。拆(chai)焊烙鐵(tie)使用方(fāng)便，但要(yao)求技術(shu)熟練的(de)人員✏️操(cao)作。如㊙️果(guo)使用😍不(bu)當，拆焊(han)烙鐵很(hen)容易損(sun)壞印制(zhì)闆和焊(han)盤。

    在去除(chú)殘留焊(han)膏時，很(hěn)多組裝(zhuāng)者喜歡(huan)用除錫(xī)編織㊙️帶(dài)。如👉果⭐用(yong)合适的(de)編織帶(dai)，并且方(fāng)法正确(que)，拆除工(gong)藝就會(huì)快速、安(an)全、高效(xiao)而且便(biàn)宜。

    雖然使(shi)用除錫(xī)編織帶(dai)需要一(yi)定的技(jì)能，但是(shì)并不困(kun)難。用烙(lao)鐵和所(suǒ)選編織(zhī)帶接觸(chù)需要去(qu)除的焊(hàn)膏❗，使焊(han)芯位于(yú)烙㊙️鐵頭(tóu)與基闆(pan)之間。烙(lào)鐵頭直(zhí)接接觸(chu)基闆可(kě)能會造(zào)成損壞(huai)。 焊膏-焊(hàn)✍️芯BGA除錫(xī)編織帶(dai)專門用(yong)于從BGA焊(han)盤和元(yuan)件上去(qù)除殘留(liu)焊膏，不(bú)會損壞(huài)阻☂️焊膜(mó)或暴露(lù)🙇🏻在外的(de)印制🈲線(xiàn)。它使熱(rè)量通過(guò)編織帶(dai)以最佳(jia)方式傳(chuan)遞到焊(hàn)點，這樣(yàng)，焊盤發(fa)生移位(wèi)或PCB遭受(shòu)損壞的(de)可能性(xing)就降至(zhi)最低。

    由于(yú)焊芯在(zài)使用中(zhong)的活動(dong)性很好(hǎo)，因此不(bú)必爲避(bi)免✏️熱損(sun)壞而拖(tuo)曳焊芯(xin)。相反，将(jiang)焊芯放(fang)置在基(jī)闆與烙(lao)鐵頭之(zhi)💯間，加熱(re)2至💃🏻3秒鍾(zhōng)，然後向(xiàng)上擡起(qǐ)編織帶(dai)和烙鐵(tie)。擡💃🏻起而(er)不❄️是拖(tuō)曳編織(zhi)帶，可使(shǐ)焊盤遭(zao)到損壞(huài)的危險(xian)降至最(zui)低。編織(zhi)帶可去(qu)除所有(you)的殘留(liu)焊膏，從(cong)而排除(chu)了橋接(jie)和短路(lù)的可能(neng)性。 去🔞除(chú)殘留焊(hàn)膏以後(hòu)，用适當(dāng)的溶劑(ji)清洗這(zhè)一🌍區域(yù)。可以用(yòng)毛刷刷(shua)掉殘留(liú)的🎯助焊(han)劑。爲了(le)對新器(qì)件進行(háng)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(shu)人員可(kě)以"看見(jian)"一些器(qi)件的貼(tie)裝，但并(bìng)🏃🏻不提倡(chàng)用這種(zhǒng)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(guāng)(split-optics)視覺系(xì)統。要用(yòng)真空拾(shi)取管貼(tie)裝、校準(zhǔn)器件，并(bìng)用熱風(fēng)進行回(hui)流🔴焊。此(cǐ)時，預先(xian)編程且(qiě)精密确(què)定💞的溫(wen)度曲線(xian)很關鍵(jiàn)。在拆除(chú)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(xìng)。

    重(zhong)新貼裝(zhuang)元件時(shi)，應采用(yòng)完全不(bu)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(shēng)速率和(hé)溫度保(bao)持時間(jiān)都很關(guān)鍵。與PBGA相(xiang)比，CBGA能夠(gòu)吸收更(geng)多的熱(re)量，但升(sheng)溫速率(lǜ)卻比标(biāo)準的2℃/s要(yào)慢一些(xiē)。

    BGA有(you)很多适(shi)于現代(dai)高速組(zu)裝的優(yōu)點。BGA的組(zu)裝可能(neng)不需要(yao)❗新的工(gong)藝，但卻(què)要求現(xian)有工藝(yì)适用于(yú)具有隐(yǐn)藏焊點(dian)的BGA組裝(zhuang)。爲使🌂BGA更(geng)具成本(ben)效益，必(bi)須達到(dao)高合🌐格(gé)率，并能(neng)有效地(di)返修組(zǔ)件。适當(dāng)地培訓(xun)返修技(ji)術🌈人員(yuan)，采用恰(qià)當的返(fǎn)修設備(bèi)，了解BGA返(fǎn)修的📱關(guān)鍵工序(xù)，都有助(zhù)于實現(xian)穩定、有(you)效的返(fan)修。

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