BGA元件的(de)組裝和返修

大(dà)多數制造商都(dou)認爲，球珊陣列(liè)(BGA)器件具有不可(ke)否認🏃🏻的優🈲點。但(dàn)這項技術中的(de)一些問題仍有(you)待進一步讨㊙️論(lun)，而♻️不是㊙️立即實(shi)現，因爲它難以(yǐ)修整焊接端⚽。隻(zhī)能用X射線或電(dian)氣測試電路的(de)方法來測試BGA的(de)互連完整性🔅，但(dan)這兩種🌏方法都(dou)是既昂貴又耗(hao)時。

    設計人(ren)員需要了解BGA的(de)性能特性，這與(yu)早期的SMD很相似(sì)。PCB設計者必🌈須知(zhī)道在制造工藝(yi)發生變化時，應(ying)如何對設計進(jin)行相應的修改(gǎi)。對于制造商，則(ze)面臨着處理不(bú)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻同類型的BGA封裝(zhuang)和最終工藝發(fā)生變化的挑戰(zhan)。爲了提高合格(gé)率🐪，組裝者必須(xu)考慮建立一套(tao)處理BGA器件的新(xin)标準。最後，要想(xiang)獲得最具成本(ben)-效益的組裝，也(yě)許關鍵還在于(yu)BGA返修人員。

    兩種最常見的(de)BGA封裝是塑封BGA(PBGA)和(he)陶瓷BGA封裝(CBGA)。PBGA上帶(dai)有直👌徑通常爲(wei)0.762mm的易熔焊球，回(hui)流焊期間(通常(cháng)爲215℃)，這些焊球在(zài)封裝與PCB之間坍(tan)🤟塌成0.406mm高的焊點(diǎn)。CBGA是在元件和印(yin)制闆上采用不(bu)熔焊球(實際上(shang)💰是它的🐆熔點大(da)大高于回流焊(han)的溫度)，焊球直(zhí)徑爲0.889mm，高度保持(chi)不變。

    第三(sān)種BGA封裝爲載帶(dai)球栅陣列封裝(zhuang)(TBGA)，這種封裝現在(zai)越來越多地用(yòng)于要求更輕、更(geng)薄器件的高性(xìng)能組件中。在聚(ju)酰亞💃胺載👌帶上(shàng)，TBGA的I/O引線可超過(guò)700根。可采用标準(zhun)的☂️絲網印👨‍❤️‍👨刷焊(han)膏和傳統的紅(hong)外回流焊方法(fa)來加工TBGA。

組(zǔ)裝問題

    BGA組(zǔ)裝的較大優點(diǎn)是，如果組裝方(fang)法正确，其合格(ge)率比🤞傳統器件(jiàn)高。這是因爲它(tā)沒有引線，簡化(hua)了元件的處理(lǐ)，因此減少了器(qi)件遭受損壞的(de)可能性。

    BGA回(huí)流焊工藝與SMD回(huí)流焊工藝相同(tong)，但BGA回流焊需要(yao)精密㊙️的溫度控(kong)制，還要爲每個(gè)組件建立理想(xiang)的溫度💃🏻曲線。此(cǐ)外，BGA器件在回流(liu)焊期間，大多數(shù)都能夠在焊盤(pan)上自🌈動對準。因(yīn)此，從實用的角(jiao)度考慮，可以用(yòng)組裝SMD的設備來(lai)組裝BGA。

    但是(shi)，由于BGA的焊點是(shì)看不見的，因此(cǐ)必須仔細觀察(cha)😘焊膏塗敷的情(qing)況。焊膏塗敷的(de)準确度，尤其對(dui)于CBGA，将直接影響(xiang)組裝合格率。一(yī)般允許SMD器件組(zǔ)裝出現合格率(lǜ)低的情況，因爲(wèi)其返修既快又(you)便宜，而BGA器件卻(que)沒有這樣🧡的優(yōu)勢。爲了提高初(chū)次合格率㊙️，很多(duō)大批🤩量BGA的組裝(zhuang)者⁉️購買了檢測(ce)系統和複雜的(de)返修設備。在回(huí)流焊之前檢測(ce)焊膏塗敷和元(yuan)件貼裝，比在回(huí)流焊之後檢測(cè)更能降低🐇成本(běn)，因爲👉回流焊之(zhī)後便難以進行(háng)檢測，而且㊙️所需(xū)設備也很昂貴(gui)。

    要仔細選(xuan)擇焊膏，因爲對(dui)BGA組裝，特别是對(duì)PBGA組裝來說，焊膏(gao)的💯組成并不總(zǒng)是很理想。必須(xu)使供應商确保(bao)👉其焊膏不會形(xíng)成焊點空🛀🏻穴。同(tóng)樣，如果用水溶(róng)性焊🏃‍♂️膏，應注意(yì)選擇🏃‍♂️封裝類型(xíng)。

    由于PBGA對潮(cháo)氣敏感，因此在(zai)組裝之前要采(cai)取預處理措施(shi)。建議所👉有的封(feng)裝在24小時内完(wán)成全部組裝和(hé)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻回流焊。器件離(lí)開抗靜電保護(hu)袋的時間過長(zhang)将會損壞器❌件(jian)。CBGA對潮氣不敏感(gan)，但仍🔴需小心。

返修

返(fǎn)修BGA的基本步驟(zhòu)與返修傳統SMD的(de)步驟相同：

爲每個元件建(jiàn)立一條溫度曲(qu)線； 
拆除元件； 
去(qù)除殘留焊膏并(bing)清洗這一區域(yù)； 
貼裝新的BGA器件(jiàn)。在某些情況下(xia)，BGA器件可以重複(fú)使用； 
當然，這三(sān)種主要類型的(de)BGA，都需要對工藝(yì)做稍微不同🐪的(de)調整。對于所有(you)的BGA，溫度曲線的(de)建立都是相當(dang)🏃🏻‍♂️重要🔞的。不能嘗(chang)試省掉這一步(bu)驟。如果技術人(rén)員沒有合适的(de)工具，而且本💋身(shēn)沒有受過專門(men)的培訓，就會發(fa)現很難去掉殘(can)留的焊膏。過于(yu)頻繁😘地使用設(she)計不良的拆焊(han)編織帶，再加上(shang)技術人員沒有(you)受過良好的培(pei)訓，會導緻基闆(pan)和阻焊膜的損(sun)壞。
建立溫度曲(qu)線

    與傳統(tong)的SMD相比，BGA對溫度(dù)控制的要求要(yào)高得多。必須逐(zhú)🤞步加熱整個BGA封(feng)裝，使焊接點發(fā)生回流。

    如(rú)果不嚴格控制(zhì)溫度、溫度上升(shēng)速率和保持時(shí)間(2℃/s至3℃/s)，回流焊就(jiu)不會同時發生(shēng)，而且還可能損(sǔn)壞器件。爲拆除(chu)BGA而建立一條穩(wen)定📞的溫度曲線(xian)需要一定的技(jì)巧。設計人員💯并(bìng)不是總能得到(dào)每個封裝的信(xin)息，嘗試方法可(kě)能會對基闆、周(zhōu)圍的器件或浮(fu)起的焊盤造成(cheng)熱損壞。

    具(ju)有豐富的BGA返修(xiū)經驗的技術人(rén)員主要依靠破(po)壞性方法來确(que)定适當的溫度(du)曲線。在PCB上鑽孔(kǒng)，使焊點暴露出(chu)來，然後将熱電(dian)偶連接到焊點(dian)上。這樣，就可以(yǐ)爲每🔞個被監❓測(ce)的焊🍓點建立一(yi)條溫度曲線。技(ji)術數據表明，印(yìn)制闆溫度曲線(xian)的建立是以一(yī)個布滿🏃🏻‍♂️元件的(de)印制♌闆爲基礎(chu)的，它采用了新(xīn)的熱電偶和一(yī)個經校準㊙️的記(jì)錄元件，并在🌈印(yìn)制闆的高、低溫(wen)區安裝了熱電(dian)偶。一✏️旦爲基闆(pan)和BGA建立了溫度(dù)曲線，就能夠對(dui)其進行編程🚶，以(yi)便重複使用。

    利用一些熱(rè)風返修系統，可(ke)以比較容易地(dì)拆除BGA。通常，某一(yi)溫度⛷️(由溫度曲(qu)線确定)的熱風(fēng)從噴嘴噴出，使(shǐ)焊膏回流，但不(bu)會損壞基闆或(huo)周圍的元件。噴(pen)嘴的類型随設(shè)備或技術人員(yuan)的喜好而不同(tong)。一些噴嘴使熱(re)風在BGA器件的上(shàng)部和底部流動(dòng)，一些噴嘴水💘平(ping)移動熱風，還有(you)一些噴🏃🏻‍♂️嘴隻将(jiang)熱風噴在BGA的上(shang)方💃🏻。也有人喜歡(huān)用帶罩的噴嘴(zuǐ)，它可直接将熱(rè)風集中在器件(jian)上💯，從而保❓護了(le)周圍的器件。拆(chai)除BGA時，溫度的保(bao)持是很重要的(de)。關🎯鍵是要對PCB的(de)底部進行預熱(re)，以防止翹曲。拆(chāi)除BGA是多點回流(liú)，因✏️而需要技巧(qiǎo)和💛耐心。此外，返(fǎn)修一個BGA器件通(tōng)常💞需要8到10分鍾(zhong)，比📱返修其它🔴的(de)表面貼裝組件(jiàn)慢。

清洗貼(tie)裝位置

    貼(tiē)裝BGA之前，應清洗(xǐ)返修區域。這一(yī)步驟隻能以人(rén)工😍進行操作☂️，因(yīn)此技術人員的(de)技巧非常重要(yao)。如果清洗不⚽充(chōng)分🐉，新的BGA将不能(néng)正确回流，基闆(pǎn)和阻焊膜也可(ke)能被損壞而不(bú)能修複。

    大(da)批量返修BGA時，常(cháng)用的工具包括(kuò)拆焊烙鐵和熱(re)風🔞拆焊裝置。熱(re)風拆焊裝置是(shi)先加熱焊盤表(biǎo)面，然後㊙️用真空(kōng)裝置吸走熔融(róng)焊膏。拆焊烙鐵(tiě)使用方便，但要(yao)求技♉術熟練的(de)人員操作。如🈲果(guǒ)使用不當，拆焊(han)烙鐵很容易損(sǔn)壞印制闆和焊(hàn)盤。

    在去除(chú)殘留焊膏時，很(hěn)多組裝者喜歡(huan)用除錫編織帶(dài)。如🥰果🌈用合适的(de)編織帶，并且方(fāng)法正确，拆除工(gong)藝就會快速、安(an)全、高效而且便(biàn)宜。

    雖然使(shi)用除錫編織帶(dai)需要一定的技(jì)能，但是并不困(kùn)難。用烙鐵♻️和所(suǒ)選編織帶接觸(chu)需要去除的焊(han)膏，使焊芯位于(yu)烙鐵頭☂️與基闆(pan)之間。烙鐵頭直(zhí)接接觸基闆可(ke)能會造成損壞(huai)。 焊膏-焊🔴芯BGA除錫(xi)編織帶專門用(yòng)于從BGA焊盤和元(yuán)件🈲上去除殘🛀留(liu)焊膏，不會損壞(huai)阻焊膜或暴露(lù)在外的印制線(xiàn)。它使熱量㊙️通過(guò)編織帶🏃🏻‍♂️以最佳(jia)方式‼️傳遞到焊(hàn)點，這樣，焊盤發(fā)生移位或PCB遭㊙️受(shou)損壞的🐪可能性(xìng)就降至最低。

    由于焊芯在(zai)使用中的活動(dòng)性很好，因此不(bu)必爲避免熱損(sǔn)壞👨‍❤️‍👨而拖曳焊芯(xīn)。相反，将焊芯放(fàng)置在基闆與烙(lào)鐵頭之👅間，加熱(re)2至3秒鍾，然後向(xiàng)上擡起編織帶(dai)和烙鐵。擡🔞起而(ér)不是拖曳編織(zhī)帶，可使焊盤遭(zāo)到損壞💃的危險(xian)降至最低。編織(zhi)帶可去除所有(you)的殘留焊膏，從(cóng)而排除了💔橋接(jie)和短路的可能(neng)性。 去🐆除殘留焊(han)膏以後，用适當(dang)📞的溶劑清洗這(zhè)一區域。可以用(yong)毛刷刷掉殘留(liu)的助焊劑。爲了(le)對新器件進行(háng)适當的回流💃🏻焊(han)，PCB必須很幹淨。

貼裝器件

    熟練的技術(shù)人員可以"看見(jian)"一些器件的貼(tie)裝，但并不♋提倡(chang)用🙇🏻這種方法。如(rú)果要求更高的(de)工藝合格率，就(jiu)必須使用分✔️光(guāng)(split-optics)視覺系統。要用(yong)真空拾取管貼(tie)裝🌈、校準器件，并(bìng)用熱風進行回(hui)流⭐焊。此時，預先(xiān)編程且精密确(què)定的溫度曲線(xian)很關鍵。在拆除(chú)元件時，BGA最可能(néng)出故障，因此可(ke)能會忽視它的(de)完整性。

    重(zhong)新貼裝元件時(shí)，應采用完全不(bú)同的方法。爲避(bi)免損📧壞🐪新的📱BGA，預(yù)熱(100℃至125℃)、溫度上升(shēng)速率和溫度保(bǎo)持時間都很關(guan)鍵。與PBGA相比，CBGA能夠(gòu)吸🔆收更多的熱(re)量，但升溫速率(lü)卻比标準的2℃/s要(yào)慢一些。

    BGA有(you)很多适于現代(dài)高速組裝的優(you)點。BGA的組裝可能(neng)不🌈需要新的工(gong)藝，但卻要求現(xiàn)有工藝适用于(yú)具有隐藏焊點(diǎn)的⛹🏻‍♀️BGA組裝。爲使BGA更(geng)具成本效益，必(bì)須達到高合格(gé)率，并能有效地(dì)返修組件。适當(dang)地培㊙️訓返修技(ji)術人員，采用恰(qià)當的返修設備(bèi)，了解BGA返修的關(guan)鍵工序，都有助(zhù)于實現穩定、有(you)效的返修。

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