BGA元器件組裝返修知識詳解

2022-08-31

BGA元器件組裝返修知識詳解

球柵陣列(BGA)器件具有不可否認的優(yōu)勢。但該技術(shù)中的一些問(wèn)題仍有待進(jìn)一步討論，并且由于難以修剪焊接端而無(wú)法立即實(shí)現。BGA互連完整性只能通過(guò)X射線(xiàn)或電氣測試電路方法進(jìn)行測試，這兩種方法都昂貴且耗時(shí)。

兩種最常見(jiàn)的BGA封裝是塑料BGA (PBGA)和陶瓷BGA (CBGA)。PBGA具有易熔焊球，通常直徑為0.762毫米，在回流期間（通常為215°C），這些焊球在封裝和PCB之間塌陷成0.406毫米高的焊點(diǎn)。CBGA在元器件和印制板上使用不熔焊球（實(shí)際上它的熔點(diǎn)遠高于回流焊的溫度），焊球直徑為0.889mm，高度保持不變。

BGA元器件組裝返修知識詳解

球柵陣列 (BGA) 器件具有不可否認的優(yōu)勢。但該技術(shù)中的一些問(wèn)題仍有待進(jìn)一步討論，并且由于難以修剪焊接端而無(wú)法立即實(shí)現。BGA互連完整性只能通過(guò)X射線(xiàn)或電氣測試電路方法進(jìn)行測試，這兩種方法都昂貴且耗時(shí)。

兩種最常見(jiàn)的 BGA 封裝是塑料 BGA (PBGA) 和陶瓷 BGA (CBGA)。PBGA 具有易熔焊球，通常直徑為 0.762 毫米，在回流期間（通常為 215°C），這些焊球在封裝和 PCB 之間塌陷成 0.406 毫米高的焊點(diǎn)。CBGA在元器件和印制板上使用不熔焊球（實(shí)際上它的熔點(diǎn)遠高于回流焊的溫度），焊球直徑為0.889mm，高度保持不變。

裝配問(wèn)題

BGA組裝的巨大優(yōu)勢在于，如果組裝方法正確，其良率高于傳統器件。這是因為它沒(méi)有引線(xiàn)，這簡(jiǎn)化了組件的處理，因此降低了損壞設備的可能性。

BGA回流焊接工藝與SMD回流焊接工藝相同，但BGA回流焊接需要精確的溫度控制和為每個(gè)元件建立理想的溫度曲線(xiàn)。此外，大多數BGA器件可以在回流焊接期間在焊盤(pán)上進(jìn)行自對準。因此，從實(shí)用的角度來(lái)看，可以用組裝SMD的設備組裝BGA。

但是，由于BGA的焊點(diǎn)是看不見(jiàn)的，因此必須仔細觀(guān)察焊膏的應用。錫膏應用的準確性，特別是對于CBGA，將直接影響組裝良率。SMD器件組裝通?？梢匀萑痰土悸?，因為返工速度快且成本低，但BGA器件沒(méi)有這個(gè)優(yōu)勢。為了提高首次良率，許多大批量BGA組裝商購買(mǎi)了檢測系統和復雜的返修設備?；亓髑皺z查焊膏應用和元件貼裝比回流后檢查更能降低成本，回流后檢查困難且昂貴。

應謹慎選擇焊膏，因為焊膏的成分并不總是適合BGA組裝，尤其是PBGA組裝。供應商必須確保他們的焊膏不會(huì )形成焊點(diǎn)空洞。同樣，如果使用水溶性焊膏，則應注意選擇封裝類(lèi)型。

由于PBGA對水分敏感，在組裝前應采取預處理措施。建議所有封裝在24小時(shí)內完全組裝并回流焊接。將設備長(cháng)時(shí)間放在防靜電保護袋中會(huì )損壞設備。CBGA對水分不敏感，但仍需要小心。

修理

返修BGA的基本步驟與返修傳統SMD相同：

為每個(gè)組件創(chuàng )建溫度曲線(xiàn)；

移除組件；

去除殘留的錫膏并清潔該區域；

放置新的BGA設備。在某些情況下，BGA器件可以重復使用；

回流焊接。

當然，這三種主要類(lèi)型的BGA都需要對工藝進(jìn)行略微不同的調整。對于所有BGA，溫度曲線(xiàn)的建立非常重要。不能?chē)L試省略此步驟。如果技術(shù)人員沒(méi)有合適的工具并且自己沒(méi)有接受過(guò)相關(guān)培訓，他們會(huì )發(fā)現很難去除殘留的焊膏。過(guò)于頻繁地使用設計不佳的拆焊編織物，再加上訓練有素的技術(shù)人員，可能會(huì )損壞基板和阻焊層。

創(chuàng )建溫度曲線(xiàn)

與傳統的SMD相比，BGA對溫度控制的要求要高得多。整個(gè)BGA封裝必須逐步加熱以回流焊點(diǎn)。

如果溫度、升溫速率和保持時(shí)間（2°C/s至3°C/s）沒(méi)有嚴格控制，回流焊接不會(huì )同時(shí)發(fā)生，可能會(huì )損壞器件。為BGA移除建立穩定的溫度曲線(xiàn)需要一些技巧。設計人員并不總是擁有每個(gè)封裝的信息，嘗試方法可能會(huì )對基板、周?chē)O備或浮動(dòng)焊盤(pán)造成熱損壞。

具有豐富BGA返工經(jīng)驗的技術(shù)人員主要依靠破壞性方法來(lái)確定適當的溫度曲線(xiàn)。在PCB上鉆孔以暴露焊點(diǎn)并將熱電偶連接到焊點(diǎn)。通過(guò)這種方式，可以為每個(gè)受監控的焊點(diǎn)建立溫度曲線(xiàn)。技術(shù)資料表明，印制板溫度曲線(xiàn)的建立是基于滿(mǎn)載元器件的印制板，采用新型熱電偶和經(jīng)過(guò)校準的記錄元件，并利用印制板的高低溫區。安裝了熱電偶。一旦為基板和BGA建立了溫度曲線(xiàn)，就可以對其進(jìn)行編程以供重復使用。

使用一些熱風(fēng)返修系統，BGA可以相對容易地移除。通常，從噴嘴噴出一定溫度（由溫度曲線(xiàn)確定）的熱空氣，以使焊膏回流，而不會(huì )損壞基板或周?chē)慕M件。噴嘴的類(lèi)型因設備或技術(shù)人員的偏好而異。一些噴嘴將熱空氣流過(guò)BGA器件的頂部和底部，一些噴嘴水平移動(dòng)熱空氣，一些噴嘴將熱空氣噴射到BGA上方。其他人更喜歡使用帶罩的噴嘴，它將熱空氣直接集中在設備上，從而保護周?chē)脑O備。移除BGA時(shí)保持溫度很重要。關(guān)鍵是要預熱PCB底部以防止翹曲。移除BGA是多點(diǎn)回流，因此需要技巧和耐心。此外，

清潔和安裝位置

在安裝BGA之前，應清潔返修區域。這一步只能手動(dòng)完成，因此技術(shù)人員的技能非常重要。如果清洗不充分，新的BGA將無(wú)法正?；亓?，基板和阻焊層也可能損壞無(wú)法修復。

大批量返修BGA時(shí)，常用的工具有拆焊烙鐵和熱風(fēng)拆焊裝置。熱風(fēng)拆焊裝置首先對焊盤(pán)表面進(jìn)行加熱，然后利用真空裝置將熔化的焊膏吸走。拆焊烙鐵使用方便，但需要熟練人員操作。如果使用不當，拆焊烙鐵很容易損壞印制板和焊盤(pán)。

在去除殘留焊膏時(shí)，許多組裝人員喜歡使用除錫編織物。使用適當的編織物和方法，去除過(guò)程快速、安全、高效且成本低廉。

使用除錫編織帶雖然需要一定的技巧，但并不難。用選擇的烙鐵和編織物接觸要去除的焊膏，使焊芯位于烙鐵頭和基板之間。烙鐵頭與基板直接接觸可能會(huì )造成損壞。Solder Paste-Solder Core BGA Removal Braid 旨在去除BGA焊盤(pán)和組件上的殘留焊膏，而不會(huì )損壞阻焊層或裸露的跡線(xiàn)。它通過(guò)編織物將熱量最佳地傳遞到焊點(diǎn)，從而最大限度地減少焊盤(pán)移位或PCB損壞的可能性。

由于焊芯在使用中非常靈活，因此無(wú)需拖動(dòng)焊芯以避免熱損壞。取而代之的是，將焊芯放在基板和烙鐵頭之間，加熱2到3秒，然后將編織層和烙鐵向上提起。提起而不是拖動(dòng)，編織物將損壞墊的風(fēng)險降至最低。編織帶可去除所有殘留的焊膏，消除橋接和短路的可能性。去除殘留焊膏后，用合適的溶劑清潔該區域。殘留的助焊劑可以用刷子清除。對于新器件的正確回流焊接，PCB必須清潔。

安裝設備

熟練的技術(shù)人員可以“看到”一些元件的放置，但不推薦這種方法。如果需要更高的工藝良率，則必須使用分離式光學(xué)視覺(jué)系統。使用真空拾取管放置、對齊和回流熱空氣。在這里，預編程和精確定義的溫度曲線(xiàn)至關(guān)重要。移除組件時(shí)，BGA最有可能發(fā)生故障，因此可能會(huì )忽略其完整性。

重新安裝組件時(shí)，應使用完全不同的方法。為避免損壞新的BGA，預熱（100°C至125°C）、升溫速率和溫度保持時(shí)間都很關(guān)鍵。與PBGA相比，CBGA能夠吸收更多的熱量，但加熱速度比標準的2°C/s慢。