BGA元件的組(zǔ)裝和返修

大多數制造商都認(rèn)爲，球珊陣列(BGA)器(qì)件具有不可否認的優點(diǎn)。但這項技術(shù)中的一些問題仍有待進一步讨論(lùn)，而不是立即實(shí)現(xiàn)，因爲(wèi)它難以修整(zhěng)焊接端。隻能用X射線或電氣(qì)測試電路的方法來測試BGA的互(hù)連完整性，但這兩種方法都是既昂貴又耗時。

    設(shè)計人員需要了解BGA的性能特(tè)性，這(zhè)與早期的SMD很相(xiàng)似。PCB設(shè)計者必須知道在制造工藝發(fā)生變化時，應如何對設計進行相應(yīng)的修改。對(duì)于制造(zào)商，則面臨着處理不同類型的BGA封裝和最終工藝發生(shēng)變化的挑戰。爲了提高合格率，組裝者必須考慮建立(lì)一套處理BGA器件的新标準。最(zuì)後，要想獲(huò)得最具成(chéng)本-效益的組裝，也許關鍵還在于BGA返修人(rén)員。

    兩種最常見的BGA封裝是(shì)塑封(fēng)BGA(PBGA)和陶瓷BGA封裝(CBGA)。PBGA上帶有直徑通(tōng)常爲0.762mm的易熔焊球，回流焊期間(通常爲215℃)，這些焊球在封裝與PCB之間坍塌(tā)成0.406mm高的焊(hàn)點。CBGA是在元件和印制闆上采用不熔焊球(實際上是它的熔(róng)點大大高于回流焊的溫度)，焊(hàn)球直徑爲0.889mm，高度保持不變。

    第三種BGA封裝爲載(zǎi)帶球栅陣列封裝(TBGA)，這種(zhǒng)封裝現在越來越多地(dì)用于要求更輕、更薄器件的高(gāo)性能組件中。在聚酰亞胺載帶上，TBGA的I/O引線可超過700根(gēn)。可采用标準的絲網印(yìn)刷焊膏和傳統(tǒng)的紅外回流焊方(fāng)法來加工TBGA。

組裝問題

    BGA組裝的較大(dà)優(yōu)點是，如果組裝方法正确(què)，其合格率比傳統器件高(gāo)。這是因爲(wèi)它沒有引線，簡化(huà)了元件的處理，因此減少了器件遭受損壞的可能性。

    BGA回流焊工藝(yì)與SMD回流焊工藝(yì)相(xiàng)同，但BGA回流焊需要精密的(de)溫度控制(zhì)，還要爲每個組件(jiàn)建(jiàn)立理想的溫度曲線。此外，BGA器件(jiàn)在回流焊(hàn)期間，大多數都能夠在焊盤上自動對準(zhǔn)。因此，從實用的角度考慮，可以用組裝SMD的設備來組裝BGA。

    但是，由于BGA的焊(hàn)點是看不見的，因此必須仔細觀察焊(hàn)膏塗敷的情況。焊膏塗敷的準确度，尤其對于CBGA，将直接(jiē)影響組裝合格率。一般允許SMD器(qì)件組裝出現(xiàn)合格率低(dī)的情(qíng)況，因(yīn)爲其返修既快又便宜，而BGA器件卻沒有這樣的優勢。爲了(le)提高初次合格率，很多(duō)大批量BGA的組裝者(zhě)購買了檢測系統和複雜的返修設備。在回流焊之前檢測焊膏塗敷和(hé)元件貼裝，比在回流(liú)焊之後檢測更(gèng)能降低成本，因(yīn)爲回流焊之後便難以進行檢測，而(ér)且所需設備也很昂貴。

    要仔細選(xuǎn)擇焊膏，因爲對BGA組(zǔ)裝，特别是對PBGA組裝來說，焊膏的組成(chéng)并不總是很理想。必須使供應商确保其焊膏不會形成(chéng)焊點空穴。同樣，如果用水溶性(xìng)焊膏，應注意選擇封裝類(lèi)型。

    由于PBGA對潮氣敏感，因此在組裝之前要采取(qǔ)預處理措施。建議所有的封裝在(zài)24小時内完成全部組裝和回流焊。器(qì)件離開抗靜電保護袋的時間過長(zhǎng)将會損壞器(qì)件。CBGA對(duì)潮氣不敏感，但仍需小心。

返修(xiū)

返修BGA的基本步(bù)驟與返修傳統SMD的步(bù)驟相同：

爲每個元件建立(lì)一條溫度曲線； 
拆除元(yuán)件(jiàn)； 
去除殘留焊膏(gāo)并清(qīng)洗這(zhè)一區域； 
貼裝新的BGA器(qì)件。在某些情況下，BGA器件可以重複使用； 
當(dāng)然，這三種主要(yào)類型的BGA，都需要(yào)對工藝做(zuò)稍微不同的調整。對于所有的BGA，溫度曲線的建立都(dōu)是(shì)相(xiàng)當重要的。不能嘗試省掉這一步驟。如果技術人員沒有合适的工具，而且本(běn)身沒有(yǒu)受(shòu)過專(zhuān)門的培訓，就會發現很難去掉殘留的焊膏。過于頻繁地(dì)使用設計(jì)不良的(de)拆焊編織帶，再加上技術人員沒有(yǒu)受過良好的培訓(xùn)，會導緻基闆和阻焊膜的損壞(huài)。
建立溫度曲線

    與傳統的SMD相比，BGA對溫(wēn)度控制的要求要高得多。必須逐(zhú)步(bù)加熱(rè)整個BGA封裝，使焊接點發生回流。

    如果(guǒ)不嚴格控制溫度、溫(wēn)度上升速率和保(bǎo)持時間(2℃/s至3℃/s)，回流焊就不會同時發生，而且還可能損壞器件。爲拆(chāi)除BGA而建立一條(tiáo)穩定(dìng)的溫度曲(qǔ)線需要一定的技(jì)巧(qiǎo)。設計人員并不(bú)是總能得到每個封裝的信息，嘗試方法可能會(huì)對基(jī)闆、周圍的器件或浮起的焊盤造成(chéng)熱損壞。

    具有豐富的BGA返修經驗的技術人員(yuán)主要依靠破壞性方法(fǎ)來确定适當的溫(wēn)度曲線。在PCB上鑽孔，使焊點暴露出來(lái)，然後将熱電偶連接到焊點上。這樣，就可以爲每個被(bèi)監測的焊點建立一條(tiáo)溫度曲線(xiàn)。技術數據表明，印制(zhì)闆溫度曲線的建立是以(yǐ)一個(gè)布滿元件(jiàn)的印制闆爲基礎的，它采用了(le)新的熱電(diàn)偶和一個(gè)經校準的記錄元件，并在印制闆(pǎn)的(de)高、低溫區安裝了熱(rè)電偶(ǒu)。一旦爲基闆和BGA建立了溫(wēn)度曲線，就能(néng)夠對其進行編程，以便重複使用。

    利(lì)用一些熱風返修系統，可以(yǐ)比較容易地拆除BGA。通常，某(mǒu)一溫度(由溫度曲線确定)的熱風從噴嘴噴出，使焊膏回流(liú)，但不會損壞(huài)基闆或周圍的元(yuán)件。噴嘴的類型(xíng)随設備或技術人員的喜好而不同。一(yī)些噴嘴使熱風在(zài)BGA器件的上(shàng)部和底部流(liú)動，一些噴嘴水(shuǐ)平移動熱風，還有一些噴嘴隻将熱風噴在BGA的上方。也有人喜歡用帶罩的噴嘴，它可直接将熱風(fēng)集中(zhōng)在(zài)器(qì)件上，從而保護了周(zhōu)圍的器件。拆除(chú)BGA時，溫度的保持(chí)是很重要的。關鍵是要對PCB的底(dǐ)部進(jìn)行預熱，以防止翹曲。拆除BGA是多點回(huí)流，因而(ér)需要技巧和耐心(xīn)。此外，返修一個BGA器件通常需要8到10分(fèn)鍾，比返修其它的表面貼裝組件慢。

清洗(xǐ)貼裝位置

    貼裝BGA之前，應(yīng)清洗返修區域。這(zhè)一步驟(zhòu)隻(zhī)能以人工進行操作，因此技術人員的技巧非常重(zhòng)要。如果清(qīng)洗不充分(fèn)，新的BGA将不能正(zhèng)确回流(liú)，基闆和(hé)阻(zǔ)焊膜也可能(néng)被損壞而不能修複。

    大批量返修BGA時，常用(yòng)的工具包括(kuò)拆焊烙鐵和熱風拆焊裝置。熱風拆(chāi)焊裝置是先(xiān)加熱焊盤表面，然後用真空裝置吸走熔融焊(hàn)膏。拆焊烙鐵使用方便，但要求(qiú)技術熟(shú)練的人(rén)員操作(zuò)。如(rú)果使用不當，拆焊烙鐵很容易損壞印制闆(pǎn)和焊(hàn)盤。

    在去除殘(cán)留焊膏時，很多(duō)組裝者喜歡用除錫編織帶。如(rú)果用合适(shì)的編織帶，并且方法正确(què)，拆除工藝就會快速、安全、高效而且(qiě)便宜。

    雖然(rán)使用(yòng)除錫編織帶需要一(yī)定的技能，但是并不困難。用烙鐵和所選編織帶接觸需要去除的焊膏(gāo)，使焊芯位于烙鐵頭與基闆之間。烙鐵頭直接接觸基闆可能會造成(chéng)損壞。 焊膏-焊芯(xīn)BGA除錫編織帶專門用于(yú)從BGA焊(hàn)盤和元件上去除殘(cán)留焊膏，不會損壞阻焊膜或(huò)暴露在外的印制線。它使熱量通過編織帶以最佳方式傳遞到焊點，這樣，焊盤發生移位或PCB遭(zāo)受損壞的可能性就(jiù)降至最低。

    由于焊芯在使(shǐ)用中的活(huó)動性很好，因此不必爲避免熱損壞而拖(tuō)曳焊芯。相反，将焊芯放置在基(jī)闆(pǎn)與烙鐵(tiě)頭之間，加熱2至(zhì)3秒鍾，然後向上(shàng)擡起編織帶和烙鐵。擡起而不(bú)是拖曳編織帶，可使焊(hàn)盤遭到(dào)損壞的危險降(jiàng)至最低。編織帶(dài)可去除所有的殘留焊膏，從而排除了橋接和短路的可能性(xìng)。 去除殘留焊膏(gāo)以後，用适當的溶劑清洗(xǐ)這一區域。可以用毛(máo)刷刷(shuā)掉殘留的助焊劑(jì)。爲了對新器(qì)件進行适當的回流焊，PCB必須很幹淨(jìng)。

貼裝器件

    熟練的技術人員可以"看見"一些器件的貼裝，但并(bìng)不提倡用這種方法。如果要求更高的工(gōng)藝合格率，就必須使用分光(split-optics)視(shì)覺系統。要用真空拾取管貼裝、校準器件，并用熱風進行回流焊。此時，預先編程且精密确(què)定的溫度曲線很關鍵。在拆除元件(jiàn)時，BGA最(zuì)可能出故障，因此可能會(huì)忽視它的完整性。

    重新貼裝元件時，應采用完全不同(tóng)的方法。爲避免損(sǔn)壞新的BGA，預熱(rè)(100℃至125℃)、溫度上升速率和溫(wēn)度保持(chí)時間都很關鍵(jiàn)。與PBGA相比，CBGA能夠吸收更多(duō)的熱量，但升溫速率卻比标準的2℃/s要慢一些(xiē)。

    BGA有很多适于現代高速組裝的(de)優點(diǎn)。BGA的(de)組裝可能不需要(yào)新(xīn)的工藝(yì)，但卻要求現有工藝(yì)适用于具有隐藏焊點的BGA組裝。爲使(shǐ)BGA更具成本效益(yì)，必須達到高合格率，并能(néng)有效地返(fǎn)修組件。适當地(dì)培訓返修技術人(rén)員，采用恰當的返修設備，了解BGA返(fǎn)修的關鍵工序，都有助(zhù)于實現穩定、有效(xiào)的返修。

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