BGA元件的組裝(zhuang)和返修

大多數制造(zào)商都認爲，球(qiu)珊陣列(BGA)器件(jiàn)具有不可否(fou)認的優點。但(dan)這項技術中(zhōng)的一些問題(ti)仍有待進一(yī)步讨論，而📱不(bú)是立即實現(xian)，因爲它難以(yǐ)修整焊接端(duan)。隻能用X射線(xian)或電氣測試(shì)電路的方法(fǎ)來測試BGA的互(hu)連完整性，但(dan)這兩種方法(fa)都是既昂貴(guì)又耗時。

    設計人員需(xu)要了解BGA的性(xing)能特性，這與(yǔ)早期的SMD很相(xiàng)似。PCB設計者必(bi)須知道在制(zhì)造工藝發生(sheng)變化時，應如(ru)何對設計進(jìn)行相應的修(xiu)♋改。對于制造(zào)商，則面臨着(zhe)處理不同類(lèi)型的BGA封裝🔱和(he)最終工藝發(fā)🈲生變化的挑(tiao)戰。爲了提高(gao)合格率，組裝(zhuang)者必須考慮(lü)建立一套處(chu)理BGA器件的新(xīn)标準。最後，要(yao)想獲得最具(ju)成本-效益的(de)組裝，也許關(guān)鍵還在于BGA返(fan)修人🐅員。

    兩種最常見(jiàn)的BGA封裝是塑(sù)封BGA(PBGA)和陶瓷BGA封(fēng)裝(CBGA)。PBGA上帶有直(zhi)徑通常⁉️爲0.762mm的(de)❄️易熔焊球，回(hui)流焊期間(通(tōng)常爲215℃)，這些焊(han)球在🔅封裝與(yu)PCB之間坍塌成(cheng)0.406mm高的焊點。CBGA是(shì)在元件和印(yìn)制闆上采用(yong)不熔焊球(實(shi)際上是它的(de)熔點大大高(gāo)于回流焊的(de)溫度)，焊球直(zhí)徑爲0.889mm，高度保(bao)持🈲不變。

    第三種BGA封裝(zhuāng)爲載帶球栅(shan)陣列封裝(TBGA)，這(zhè)種封裝現在(zài)越來越多地(di)用于要求更(gèng)輕、更薄器件(jian)的高性能組(zǔ)件中📞。在聚酰(xiān)亞胺載帶上(shang)💃，TBGA的I/O引線可超(chao)過700根。可采用(yong)标準的🥵絲網(wang)印刷焊膏和(he)傳統的紅外(wài)回流焊方法(fa)來加工TBGA。

組裝問題

    BGA組裝的較(jiao)大優點是，如(ru)果組裝方法(fa)正确，其合格(gé)率⚽比⭐傳統器(qi)件🐅高。這是因(yīn)爲它沒有引(yǐn)線，簡化了元(yuán)件🈲的處理，因(yin)此減少了器(qi)件遭受損壞(huai)的可能性。

    BGA回流焊工(gong)藝與SMD回流焊(hàn)工藝相同，但(dan)BGA回流焊需要(yao)精密的溫♈度(dù)⛱️控⭕制，還要爲(wei)每個組件建(jiàn)立理想的溫(wēn)度🥵曲線。此外(wai)，BGA器件在回💃流(liu)焊期間，大多(duo)數都能夠在(zài)焊盤上自動(dòng)對準。因此，從(cóng)實用的角度(du)考慮，可以用(yòng)組裝SMD的設備(bèi)來組裝BGA。

    但是，由于BGA的(de)焊點是看不(bu)見的，因此必(bì)須仔細觀察(chá)焊膏塗敷的(de)情況。焊膏塗(tú)敷的準确度(du)，尤其對于CBGA，将(jiang)🐆直接影響組(zǔ)裝合格率。一(yi)般允許SMD器件(jian)組裝出現合(he)格率低的情(qíng)況，因爲其✊返(fan)修既快又便(bian)☁️宜，而BGA器件卻(què)沒有這樣的(de)優勢。爲🌂了提(ti)高初次合格(gé)率，很多大批(pi)💚量BGA的組裝者(zhe)購買了檢測(ce)系統和複雜(zá)的返修設備(bèi)。在回流焊之(zhī)前檢測焊膏(gao)塗敷和元件(jiàn)貼裝，比在回(huí)流焊之後檢(jiǎn)測更能降低(di)成本，因爲✌️回(huí)流焊之後便(bian)難以進行檢(jian)測，而且所需(xu)設備也很昂(ang)貴。

    要仔(zǎi)細選擇焊膏(gāo)，因爲對BGA組裝(zhuāng)，特别是對PBGA組(zǔ)裝來說，焊膏(gao)的組成🚩并不(bu)總是很理想(xiang)。必須使供應(ying)商确保其焊(han)膏不會形成(cheng)焊點空穴。同(tong)樣，如果用水(shuǐ)溶性焊膏，應(yīng)注意選擇封(feng)裝類🧡型。

    由于PBGA對潮氣(qì)敏感，因此在(zai)組裝之前要(yào)采取預處理(li)措施。建議所(suo)有的封裝在(zài)24小時内完成(chéng)全部組裝和(hé)回流焊。器件(jian)離開抗靜電(dian)保護袋的時(shi)間過長将會(huì)損壞器件。CBGA對(dui)潮🌈氣不敏感(gan)，但仍需小心(xin)。

返修

返修BGA的基(jī)本步驟與返(fan)修傳統SMD的步(bù)驟相同：

爲每個元件(jian)建立一條溫(wen)度曲線； 
拆除(chu)元件； 
去除殘(can)留焊膏并清(qīng)洗這一區域(yu)； 
貼裝新的BGA器(qì)件。在某些情(qing)況下，BGA器件可(kě)以重複使用(yòng)； 
當然，這三種(zhong)主要類型的(de)BGA，都需要對工(gōng)藝做稍微不(bu)同的調🏃‍♂️整。對(dui)于所有的BGA，溫(wen)度曲線的建(jiàn)立都是相當(dang)重要的。不🚶‍♀️能(néng)嘗試省掉這(zhe)一步驟。如果(guǒ)技術人員沒(méi)有合适的工(gong)具，而且本身(shēn)沒有受過專(zhuān)門的培訓，就(jiu)會發現很難(nán)去掉殘留的(de)焊膏。過于頻(pín)繁地使用設(she)🔅計不良的拆(chai)焊編織帶，再(zai)加上技術人(rén)員沒有受過(guò)良好的培訓(xun)，會導緻基闆(pǎn)和阻焊膜的(de)損壞。
建立溫(wen)度曲線

    與傳統的SMD相(xiang)比，BGA對溫度控(kòng)制的要求要(yao)高得多。必須(xū)逐步🔞加熱整(zhěng)個BGA封裝，使焊(han)接點發生回(huí)流。

    如果(guo)不嚴格控制(zhi)溫度、溫度上(shàng)升速率和保(bǎo)持時間(2℃/s至3℃/s)，回(hui)🐅流焊🏒就不會(huì)同時發生，而(ér)且還可能損(sun)壞器件。爲拆(chāi)除BGA而建立一(yī)條穩定的溫(wēn)度曲線需要(yào)一定的技巧(qiǎo)。設計人員并(bìng)不是總能得(dé)❌到每個封裝(zhuang)的信息，嘗試(shì)方法🥰可能會(hui)對基闆、周圍(wei)的器件或浮(fú)起的焊😘盤造(zào)成熱損壞。

    具有豐富(fù)的BGA返修經驗(yan)的技術人員(yuan)主要依靠破(pò)壞🔴性方法🔴來(lai)确定适當的(de)溫度曲線。在(zài)PCB上鑽孔，使焊(hàn)點💚暴露出來(lái)，然後将熱電(dian)偶連接到焊(han)點上。這樣，就(jiu)可以爲每個(ge)被監測的焊(han)點建立一條(tiáo)溫度曲線。技(ji)術數據表明(ming)，印制闆溫度(dù)曲線的建立(lì)是以一個布(bù)滿元件的印(yin)制闆爲基礎(chǔ)的，它采用了(le)新的熱電偶(ou)和一個經校(xiao)準的記錄元(yuán)件，并在印制(zhì)闆的高、低溫(wēn)區安裝了熱(rè)電偶。一旦爲(wèi)基闆和BGA建立(lì)了溫度曲線(xian)，就能㊙️夠對其(qí)進行編程，以(yǐ)便重複使用(yòng)。

    利用一(yi)些熱風返修(xiū)系統，可以比(bi)較容易地拆(chai)除BGA。通常，某一(yī)❓溫🐪度(由溫度(dù)曲線确定)的(de)熱風從噴嘴(zui)噴出，使焊膏(gao)回流，但不會(huì)損壞基闆或(huò)周圍的元件(jiàn)。噴嘴✂️的類型(xing)随設備或技(jì)術人員的喜(xi)好而不同。一(yī)些噴☎️嘴使熱(re)風在BGA器件的(de)👅上部和底👅部(bu)流動，一些噴(pen)嘴水平移動(dong)熱風，還有一(yī)些噴嘴隻将(jiang)熱風噴在BGA的(de)上方👌。也有人(ren)喜歡用帶罩(zhào)的噴嘴，它可(ke)直接将熱風(fēng)💯集中在器件(jian)上🤟，從而保護(hù)了周圍的器(qì)件。拆除BGA時，溫(wen)度的保持是(shì)很重要的。關(guan)鍵是要對PCB的(de)底部👨‍❤️‍👨進行預(yu)熱，以防止翹(qiào)曲♻️。拆除BGA是多(duō)點回流，因而(ér)需要技巧和(hé)耐心。此外，返(fan)修一個BGA器🈲件(jian)通常需要8到(dào)10分鍾，比返修(xiu)其它✏️的表面(mian)貼裝組件慢(màn)。

清洗貼(tie)裝位置

    貼裝BGA之前，應(yīng)清洗返修區(qū)域。這一步驟(zhòu)隻能以人工(gong)進行操作，因(yīn)此技術人員(yuan)的技巧非常(cháng)重要。如果清(qing)洗不充分，新(xin)的BGA将不能正(zhèng)😍确回流，基闆(pan)和阻焊膜也(ye)可能被⭕損壞(huai)而不能修複(fú)。

    大批量(liàng)返修BGA時，常用(yòng)的工具包括(kuo)拆焊烙鐵和(he)熱風拆焊裝(zhuāng)置🤟。熱風拆焊(han)裝置是先加(jia)熱焊盤表面(mian)，然後用真空(kōng)裝置吸走熔(róng)融焊膏。拆焊(hàn)烙鐵使用方(fang)便，但✉️要求技(jì)👌術熟練的人(ren)員🏃🏻操作。如果(guǒ)使用不當，拆(chai)焊烙鐵很容(róng)易損壞印制(zhi)闆和焊盤。

    在去除殘(cán)留焊膏時，很(hen)多組裝者喜(xi)歡用除錫編(biān)織帶。如💋果用(yòng)合适的編織(zhi)帶，并且方法(fǎ)正确，拆除工(gōng)藝就會🐉快速(su)、安全、高效而(er)且便宜。

    雖然使用除(chu)錫編織帶需(xu)要一定的技(jì)能，但是并不(bú)困難。用🌈烙鐵(tie)和所選編織(zhi)帶接觸需要(yào)去除的焊膏(gāo)，使焊芯位于(yu)烙鐵頭與基(ji)🌈闆之間。烙鐵(tiě)頭直接接觸(chu)🏃‍♀️基闆可能會(huì)造成損壞。 焊(han)膏-焊芯BGA除錫(xī)❌編織帶專門(mén)用于從BGA焊盤(pán)和元件🈲上去(qù)除殘留焊膏(gāo)，不會損壞阻(zǔ)焊膜或暴露(lù)在外的印制(zhi)線。它使熱量(liang)通過編織帶(dài)以最佳方式(shì)❌傳遞到焊點(diǎn)，這樣，焊盤發(fā)生移位或PCB遭(zāo)受損壞的可(kě)能性☔就降至(zhì)最低。

    由(yóu)于焊芯在使(shǐ)用中的活動(dòng)性很好，因此(cǐ)不必爲避免(mian)熱損壞而拖(tuō)曳焊芯。相反(fan)，将焊芯放置(zhi)在基闆與烙(lao)鐵頭之間，加(jiā)熱2至3秒鍾，然(rán)後向上擡起(qǐ)編織帶和烙(lào)鐵。擡起而不(bu)是拖曳編織(zhī)帶，可使焊盤(pan)遭到損壞的(de)危險降🔞至最(zuì)低。編織帶可(ke)去🤩除所有的(de)殘留焊膏，從(cong)而排除了🍓橋(qiáo)接和短路的(de)可能性。 去除(chú)殘留焊膏🏒以(yǐ)後，用适當的(de)溶劑清洗這(zhe)一區域。可以(yi)用毛刷刷掉(diao)殘留的助焊(hàn)劑。爲了對新(xīn)器件進行适(shi)當的回流焊(han)，PCB必須很幹淨(jìng)。

貼裝器(qì)件

    熟練(liàn)的技術人員(yuán)可以"看見"一(yī)些器件的貼(tie)裝，但并不✍️提(tí)倡用這種方(fang)法。如果要求(qiu)更高的工藝(yi)合格率，就必(bì)須使用分‼️光(guāng)(split-optics)視覺系統。要(yao)用真空拾取(qu)管貼裝、校準(zhun)器件，并用熱(re)風進行回流(liú)焊。此時㊙️，預先(xiān)編程且精密(mì)确定✊的溫度(dù)曲線很關鍵(jian)。在拆除元件(jiàn)時，BGA最可能出(chu)故障，因此可(ke)能會忽視它(ta)的完整性。

    重新貼裝(zhuang)元件時，應采(cai)用完全不同(tóng)的方法。爲避(bì)免損壞新的(de)BGA，預熱(100℃至125℃)、溫度(dù)上升速率和(he)溫度保持時(shi)間都很關鍵(jiàn)。與PBGA相比，CBGA能夠(gòu)吸收更多的(de)熱量，但升溫(wēn)速率卻比标(biao)準的2℃/s要慢一(yi)些。

    BGA有很(hen)多适于現代(dai)高速組裝的(de)優點。BGA的組裝(zhuāng)可能不需要(yào)新的工藝，但(dàn)卻要求現有(yǒu)工藝适用于(yu)具有隐藏焊(han)點的BGA組裝。爲(wèi)使🧑🏾‍🤝‍🧑🏼BGA更具成本(ben)效益，必須達(dá)到高合格率(lü)，并🔴能有效地(di)返修組件。适(shì)當地培訓返(fǎn)修技術人員(yuan)，采用恰當的(de)返修設備，了(le)解BGA返修的關(guan)鍵工序，都有(you)助于實✔️現穩(wěn)定、有效的返(fan)修。

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