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(dàn)👣這項技術中(zhong)的一些問題(tí)仍有待進一(yi)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(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(xū)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(bì)須知道在制(zhi)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(lei)型的BGA封裝和(hé)最終工藝發(fa)生變化的挑(tiao)戰。爲了提🔅高(gāo)合格率，組裝(zhuāng)者必須考慮(lǜ)建📱立一套處(chu)理BGA器件的新(xīn)标準。最後，要(yao)想獲得最具(jù)成本-效益的(de)組裝，也許關(guan)鍵還在于BGA返(fǎn)修人員。

    兩種最常見(jian)的BGA封裝是塑(su)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(yu)PCB之間坍塌成(chéng)0.406mm高的焊點。CBGA是(shi)在元件和印(yin)🏃‍♂️制闆上💯采用(yòng)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(bǎo)持不變。

    第三種BGA封裝(zhuāng)爲載帶球栅(shān)陣列封裝(TBGA)，這(zhè)種封裝現在(zài)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(xian)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(wang)印💁刷焊膏⛷️和(he)傳統的紅外(wai)回流焊方法(fǎ)來加工TBGA。

組裝問題

    BGA組裝的較(jiào)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(yin)爲它沒有引(yin)線，簡化了元(yuán)件的處理，因(yin)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(dù)控制，還要爲(wèi)每個組件建(jian)立理想的溫(wēn)度曲線。此外(wai)♉，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(cóng)實用的角度(du)考慮，可以用(yong)組裝SMD的設備(bei)來組裝BGA。

    但是，由于BGA的(de)焊點是看不(bu)見的，因此必(bi)須仔細觀察(cha)焊膏塗敷的(de)情況。焊膏塗(tu)敷的準确度(dù)，尤其對于CBGA，将(jiāng)🏃🏻直接影響組(zu)裝合格率。一(yi)般允許SMD器件(jiàn)組裝出現合(he)格率低的情(qíng)況，因爲其🤩返(fǎn)修既快又便(biàn)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(cè)系統和複雜(za)的返修設備(bei)。在回流焊之(zhi)前檢測焊膏(gāo)塗敷🌈和元件(jian)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(biàn)難以進行檢(jiǎn)測，而且💘所需(xū)設備也很昂(ang)貴。

    要仔(zai)細選擇焊膏(gāo)，因爲對BGA組裝(zhuang)，特别是對PBGA組(zu)裝來說，焊🥵膏(gao)的組🈲成并不(bu)總是很理想(xiǎng)。必須使供應(ying)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(qi)敏感，因此在(zai)組裝之前要(yao)采取預處理(lǐ)措施。建議所(suo)有的封裝在(zai)24小時内完成(chéng)全部組裝和(he)回流焊。器🆚件(jian)離開抗❌靜電(diàn)保護袋的時(shi)間過長将會(huì)損壞器件。CBGA對(duì)潮氣不敏感(gan)，但仍需小心(xīn)。

返修

返修BGA的基(ji)本步驟與返(fǎn)修傳統SMD的步(bu)驟相同：

爲每個元件(jiàn)建立一條溫(wēn)度曲線； 
拆除(chú)元件； 
去除殘(cán)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(ke)以重複使用(yòng)； 
當然，這三種(zhǒng)主要類型的(de)BGA，都需要對工(gong)藝做稍微不(bu)同的✍️調整。對(dui)于所有的BGA，溫(wēn)度曲線的建(jiàn)立都是相當(dāng)重要的。不能(neng)嘗♋試省掉這(zhè)一步驟。如果(guo)技術人員沒(mei)有合适的工(gong)具🏃‍♂️，而且本身(shen)沒有受過專(zhuan)門的培訓，就(jiù)會發現很🏃難(nan)去掉殘🥰留的(de)焊膏。過于頻(pín)繁🔞地使用設(shè)計不良的拆(chai)焊編織帶，再(zai)加上技術人(rén)員沒有受過(guo)🌂良好的培訓(xun)🏃‍♀️，會導緻基闆(pan)和阻焊膜的(de)損壞。
建立溫(wēn)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(bao)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(wēn)度曲線需要(yao)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(hui)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(fù)的BGA返修經驗(yàn)的技術人員(yuán)主要依靠破(po)壞🎯性方法來(lái)👣确定适當的(de)溫度曲線。在(zai)PCB上鑽孔，使焊(hàn)點暴露出來(lai)☀️，然後将熱電(dian)偶☀️連接到焊(han)點上。這樣，就(jiù)可以爲每個(gè)被監測的焊(hàn)點建立一條(tiao)溫度曲線。技(jì)術🔞數據表明(ming)，印制闆溫度(du)曲線的建立(lì)是以一個布(bu)滿元件的印(yìn)制闆爲基礎(chu)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(zhi)闆的高、低溫(wēn)區⭐安裝了熱(rè)電偶。一♊旦爲(wèi)基闆和BGA建立(li)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(bǐ)較容易地拆(chāi)除BGA。通常，某一(yī)溫度🚶(由溫度(dù)曲線确定)的(de)熱風從噴嘴(zuǐ)噴出，使焊膏(gāo)回流，但❄️不會(huì)損壞基闆或(huò)周圍的元件(jian)。噴嘴的類型(xíng)随設備或技(jì)術人員的喜(xǐ)好而不同。一(yi)些噴嘴使熱(re)風在BGA器件的(de)上部和底部(bù)流動，一🈲些噴(pēn)嘴水平移動(dòng)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(zhào)的噴嘴，它可(kě)直接将熱風(feng)📧集中在器件(jian)上，從而保👄護(hù)了周圍的器(qì)件。拆除BGA時，溫(wēn)度的保🔞持是(shi)很重要的。關(guan)鍵是要對PCB的(de)底部進行預(yù)熱，以防止翹(qiào)曲。拆除BGA是多(duo)點回流，因而(ér)需要技巧和(hé)耐心。此外，返(fan)修一個BGA器件(jiàn)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(ying)清洗返修區(qu)域。這一步驟(zhou)隻能以人工(gōng)🔴進行操㊙️作，因(yīn)此技術人員(yuan)的技巧非常(cháng)重要。如果清(qīng)洗不充分🐉，新(xin)的BGA将不能正(zheng)确回流，基闆(pan)和阻焊膜也(ye)可能被損壞(huài)而不能修複(fú)。

    大批量(liang)返修BGA時，常用(yong)的工具包括(kuo)拆焊烙鐵和(he)熱風拆✂️焊裝(zhuang)置。熱風拆焊(han)裝置是先加(jiā)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(rén)員操作。如果(guǒ)使用不當，拆(chāi)焊烙鐵很容(rong)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(fa)正确，拆除工(gōng)藝🙇‍♀️就會💋快速(su)🔅、安全、高效而(ér)且便宜。

    雖然使用除(chu)錫編織帶需(xu)要一定的技(ji)能，但是并不(bu)😘困🏃🏻難。用烙鐵(tiě)和所選編織(zhi)帶接觸需要(yao)去除的焊膏(gāo)，使焊芯位于(yu)烙鐵頭與基(jī)闆之間。烙鐵(tie)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(men)用于從BGA焊盤(pan)和元件上去(qu)除殘留焊膏(gāo)，不會損壞阻(zǔ)焊膜或暴露(lu)在外的印制(zhì)線。它使熱量(liàng)🌏通過編織帶(dài)以最佳方式(shì)👅傳👄遞到焊點(dian)，這樣，焊盤發(fā)生移位或PCB遭(zao)💋受損壞的可(ke)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(ci)不必爲避免(mian)熱損壞而拖(tuō)曳焊芯。相反(fǎn)，将焊芯放置(zhi)在基闆與烙(lào)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(bú)🔴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(kě)去除所有的(de)🌈殘留焊膏，從(cong)而排除了橋(qiao)接和短路的(de)可能性。 去除(chu)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(hàn)，PCB必須很幹淨(jing)。

貼裝器(qì)件

    熟練(lian)的技術人員(yuan)可以"看見"一(yi)些器件的貼(tiē)裝，但并不🤞提(tí)㊙️倡👅用這種方(fāng)法。如果要求(qiu)更高的工藝(yi)合格率，就必(bi)須使用分❤️光(guang)(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(rè)風進❌行回流(liu)焊。此時📐，預先(xiān)編程且✉️精密(mì)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(kě)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(bi)免⭐損壞新的(de)🈚BGA，預熱(100℃至125℃)、溫度(dù)上升速率和(hé)溫度保持時(shí)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(biāo)準的😘2℃/s要慢一(yī)些。

    BGA有很(hen)多适于現代(dài)高速組裝的(de)優點。BGA的組裝(zhuāng)可能不需要(yào)新的工💛藝，但(dan)卻要求現有(you)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(lǜ)，并能有效地(dì)返修組件。适(shì)當地培訓返(fan)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(wen)定、有效的返(fan)修。

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