BGA元件的組裝(zhuāng)和返修

大多數制造(zao)商都認爲，球(qiu)珊陣列(BGA)器件(jian)具有不可否(fou)認的優☀️點。但(dàn)☂️這項技術中(zhong)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(duān)。隻能用X射線(xian)或電氣測試(shi)電路💞的方法(fa)💃🏻來測試BGA的互(hù)💯連完整性，但(dan)這兩種方法(fǎ)都是🧡既昂貴(gui)又耗時。

    設計人員需(xu)要了解BGA的性(xìng)能特性，這與(yu)早期的SMD很相(xiang)🔞似。PCB設計者必(bì)須知道在制(zhì)造工藝發生(sheng)變化時，應如(rú)何對設計進(jin)行相應的修(xiū)改。對于制造(zao)商，則面臨着(zhe)處理不同類(lei)型的BGA封裝和(he)最終💃🏻工藝發(fa)生變化的挑(tiāo)戰。爲了提高(gāo)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(yào)想獲得最具(jù)成本-效益的(de)組裝，也許關(guan)🏃‍♂️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(feng)裝(CBGA)。PBGA上帶有直(zhí)徑🔴通常⭐爲0.762mm的(de)易熔焊球，回(huí)流焊期間(通(tong)常爲215℃)，這些焊(han)球在🏃封裝與(yǔ)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(yòng)不熔焊球(實(shí)際上是它的(de)熔點大大高(gao)于回流焊的(de)溫度)，焊🌍球直(zhi)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(zhe)種封裝現在(zai)越來越多地(dì)用于要求更(geng)輕、更薄器件(jiàn)的高性能組(zu)件中✨。在聚☎️酰(xiān)亞胺載帶上(shang)⭐，TBGA的I/O引線可超(chāo)過700根。可采用(yong)标準的絲網(wǎng)印刷焊膏💔和(he)傳統的紅外(wai)回流焊方法(fa)來加工TBGA。

組裝問題

    BGA組裝的較(jiào)大優點是，如(rú)果組裝方法(fa)正确，其合格(gé)率比傳統器(qì)件高。這是因(yīn)爲它沒有引(yin)線，簡化了元(yuan)件的處理，因(yīn)此減少了器(qì)件遭受損壞(huai)的可能性。

    BGA回流焊工(gong)藝與SMD回流焊(han)工藝相同，但(dàn)BGA回流焊需要(yao)精密🤩的溫度(du)控♊制，還要爲(wèi)每個組件建(jiàn)立理想的溫(wēn)度曲線。此外(wài)，BGA器件在回流(liú)焊期間，大多(duo)數都能夠在(zai)焊盤上自💋動(dòng)對準🤟。因此，從(cong)🌐實用的角度(dù)考慮，可以用(yòng)組裝SMD的設備(bei)來組裝BGA。

    但是，由于BGA的(de)焊點是看不(bú)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(zu)裝合格✉️率。一(yī)般允許SMD器件(jiàn)組裝出現合(hé)格率低的情(qíng)況，因爲其返(fan)修既快又便(biàn)宜，而BGA器件卻(que)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(zhě)購買了檢測(ce)系統和複雜(za)的返修設備(bei)。在回流焊之(zhī)👅前檢測焊膏(gao)塗敷💁和元件(jiàn)貼裝，比📱在回(hui)⛹🏻‍♀️流焊之後檢(jiǎn)測更能降低(di)成本，因爲💋回(huí)流焊之後便(biàn)難以進行檢(jiǎn)測，而且所需(xu)設備也很昂(ang)貴㊙️。

    要仔(zai)細選擇焊膏(gao)，因爲對BGA組裝(zhuang)，特别是對PBGA組(zu)裝來說，焊膏(gāo)的組成🥰并不(bu)總是很理想(xiang)。必須使供應(yīng)商确保其焊(hàn)膏不💃🏻會形🈲成(cheng)焊點空穴。同(tóng)樣，如果用水(shui)溶性焊膏，應(ying)注意選擇封(fēng)裝類型。

    由于PBGA對潮氣(qì)敏感，因此在(zài)組裝之前要(yào)采取預處理(li)措施。建💛議所(suǒ)有的封裝在(zài)24小時内完成(cheng)全部組裝和(he)回流焊。器㊙️件(jiàn)離開抗靜電(dian)保護袋的時(shí)間過長将會(hui)損壞器件。CBGA對(dui)潮氣不敏感(gǎn)，但仍需小心(xin)。

返修

返修BGA的基(jī)本步驟與返(fǎn)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(cán)留焊膏并清(qing)洗這一區域(yù)； 
貼裝新的BGA器(qì)件。在某些情(qing)況下，BGA器件可(ke)以重複使用(yong)； 
當然，這三種(zhong)主要類型的(de)BGA，都需要對工(gōng)藝做稍微不(bú)同的💛調整♈。對(dui)于所有的BGA，溫(wen)度曲線的建(jiàn)立都是相當(dāng)重要的。不⭐能(néng)嘗試省掉這(zhe)一步驟。如果(guǒ)技術人員沒(mei)有合适的工(gong)具🌂，而且本身(shen)沒有受過專(zhuān)✨門的培訓，就(jiù)🎯會發現很難(nan)去掉殘留的(de)焊膏。過于頻(pin)繁💚地使用設(she)計不良的拆(chāi)焊編織帶，再(zài)♌加上技術人(ren)員沒有受過(guò)💛良好的培訓(xùn)，會導緻基闆(pan)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(yào)高得多。必須(xū)🐅逐步加熱整(zheng)個BGA封裝，使焊(han)接點發生回(hui)流。

    如果(guǒ)不嚴格控制(zhì)溫度、溫度上(shang)升速率和保(bǎo)持時間(2℃/s至3℃/s)，回(huí)流焊就不會(hui)同時發生，而(ér)且還可能損(sǔn)壞器件。爲拆(chāi)除BGA而🈲建立一(yi)條☎️穩定的溫(wen)度曲線需要(yào)一定的♍技巧(qiǎo)。設計人員并(bing)不是總能得(de)到每個封裝(zhuāng)的信息，嘗試(shi)方法可能會(huì)對基闆、周圍(wéi)的器件或浮(fu)起的焊盤造(zao)成熱損壞。

    具有豐富(fu)的BGA返修經驗(yàn)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(zai)PCB上鑽孔，使焊(hàn)點暴露出來(lái)，然後将熱電(diàn)偶連接到焊(han)點上。這樣，就(jiu)可以爲每個(ge)被監測的焊(hàn)✍️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(chu)的，它采用了(le)新的熱電偶(ǒu)和一個經校(xiào)準的記錄元(yuan)件，并在🏃‍♂️印制(zhì)闆的高、低溫(wēn)區安裝了熱(re)電偶。一旦爲(wei)基闆和BGA建立(lì)了溫度曲線(xiàn)，就能夠對其(qí)進行編程⭐，以(yǐ)便重複使用(yong)。

    利用一(yi)些熱風返修(xiū)系統，可以比(bǐ)較容易地拆(chai)除BGA。通常，某一(yi)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(hui)損壞基闆或(huo)周圍的元件(jiàn)。噴嘴的類型(xíng)随設備或技(ji)術人員的喜(xi)好而不同。一(yi)些噴嘴使熱(re)風在BGA器件的(de)上部和底🐇部(bu)流動，一些噴(pēn)嘴水🙇🏻平移動(dong)熱風，還有一(yi)些噴嘴隻将(jiang)熱風噴在BGA的(de)上方🤞。也有人(rén)喜歡用帶罩(zhao)的噴嘴，它😘可(kě)直接将熱風(feng)集中在器件(jiàn)上，從而保🌏護(hù)了周🌏圍的器(qi)件💚。拆除BGA時，溫(wēn)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(qiao)曲。拆除BGA是多(duō)點㊙️回流，因而(ér)需要技巧和(he)✏️耐心。此外，返(fǎn)修一個BGA器件(jiàn)通常需要8到(dào)10分鍾，比返修(xiū)其它🔆的表面(miàn)貼裝組件慢(màn)。

清洗貼(tie)裝位置

    貼裝BGA之前，應(ying)清洗返修區(qū)域。這一步驟(zhòu)隻能以人工(gōng)進行操🤩作，因(yīn)此技術人員(yuán)的技巧非常(cháng)重要。如果清(qīng)🚩洗不充分，新(xīn)的💛BGA将不能正(zhèng)确回流，基闆(pǎn)和阻焊膜也(ye)⚽可能被損壞(huai)而🥵不能修複(fu)。

    大批量(liàng)返修BGA時，常用(yong)的工具包括(kuo)拆焊烙鐵和(he)熱風拆焊👣裝(zhuāng)置。熱風拆焊(hàn)裝置是先加(jia)熱焊盤表面(miàn)，然後用真空(kong)裝置吸走熔(rong)融焊✊膏。拆焊(han)烙鐵使用方(fang)便，但要求技(jì)💘術熟練⚽的人(rén)員操作。如果(guǒ)使用不當，拆(chai)焊烙鐵很容(rong)易損壞印制(zhi)闆和焊盤。

    在去除殘(can)留焊膏時，很(hěn)多組裝者喜(xi)歡用除錫編(biān)織帶。如果用(yong)合适的編織(zhī)帶，并且方法(fǎ)正确，拆除工(gong)藝就會快速(su)💰、安全、高效而(ér)且便宜。

    雖然使用除(chú)錫編織帶需(xu)要一定的技(ji)能，但是并不(bu)🐉困難。用✂️烙🤩鐵(tie)和所選編織(zhī)帶接觸需要(yao)去除的焊膏(gao)，使焊芯位于(yú)烙✉️鐵頭與基(jī)闆之間。烙鐵(tiě)頭直接接觸(chù)🌈基闆可能會(hui)造成損壞。 焊(han)膏-焊♉芯BGA除錫(xi)編織帶專門(men)用于從BGA焊盤(pán)和元件上去(qù)除殘留焊膏(gao)，不會損壞阻(zǔ)焊膜或暴露(lu)在外的印制(zhì)線。它使熱量(liang)通過編織帶(dai)以最佳方式(shi)傳遞到焊點(dian)，這樣，焊盤發(fa)生移位或PCB遭(zāo)📱受損壞的可(ke)能性就降至(zhì)最低。

    由(yóu)于焊芯在使(shi)用中的活動(dong)性很好，因此(ci)不必爲避免(miǎn)熱損壞而拖(tuō)曳焊芯。相反(fǎn)，将焊芯放置(zhì)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(qi)編織帶和🔆烙(lào)鐵。擡起而不(bú)是拖曳編織(zhī)帶，可使焊♈盤(pan)遭到損壞的(de)危險降至最(zui)低。編織帶可(ke)去除所有的(de)殘留焊膏💜，從(cóng)而排除了橋(qiao)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(zhè)一區域。可以(yi)用毛刷刷掉(diào)殘留的助焊(hàn)劑。爲了對新(xin)器件進行适(shì)當的回流焊(han)，PCB必須很幹淨(jìng)。

貼裝器(qì)件

    熟練(lian)的技術人員(yuán)可以"看見"一(yi)些器件的貼(tie)裝，但并不提(tí)✉️倡⭐用這種方(fāng)法。如果要求(qiu)更高的工藝(yì)合格率🌂，就必(bi)須使用分光(guāng)(split-optics)視覺系統。要(yào)用真空拾取(qu)管貼裝💞、校準(zhun)器件，并用熱(re)風進行回流(liu)焊。此時，預先(xiān)編程且精密(mi)确定的溫度(du)曲線很關鍵(jiàn)㊙️。在拆除元💞件(jian)時，BGA最可🚶‍♀️能出(chū)故障，因此可(ke)能會忽視它(ta)的完整性。

    重新貼裝(zhuāng)元件時，應采(cǎi)用完全不同(tong)的方法。爲避(bì)免損👣壞新的(de)BGA，預熱(100℃至125℃)、溫度(du)上升速率和(he)溫度保持時(shi)間🌐都很關鍵(jian)。與PBGA相🤩比，CBGA能夠(gòu)吸收更多的(de)熱量，但升溫(wen)速率卻比标(biao)準的2℃/s要慢一(yi)些。

    BGA有很(hěn)多适于現代(dài)高速組裝的(de)優點。BGA的組裝(zhuang)可能不需要(yào)新的工藝，但(dàn)卻要求現有(yǒu)工藝适用于(yú)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(dì)返修組件。适(shi)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(guān)鍵工序，都有(yǒu)助于實現穩(wěn)定、有效的返(fan)修。

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