BGA元件的組裝(zhuang)和返修

大多數制造商(shang)都認爲，球珊陣列(liè)(BGA)器件具有不可否(fǒu)認的優點。但這項(xiang)技術中的一些問(wen)題仍有待進一步(bu)讨論，而不是立即(jí)實現🏃‍♂️，因爲它難以(yi)修整焊接端。隻能(neng)用X射線或電氣測(cè)‼️試電路🈲的方法🌈來(lái)測試BGA的互㊙️連完整(zheng)性，但這兩種方法(fǎ)都是既昂貴又耗(hao)時。

    設計人員(yuán)需要了解BGA的性能(neng)特性，這與早期的(de)SMD很相似。PCB設計者必(bi)須知道在制造工(gong)藝發生變化時，應(yīng)如何對設計🙇‍♀️進行(háng)📐相應的修改。對于(yú)制造商，則面臨着(zhe)處理不同類型的(de)BGA封裝和最終工藝(yì)發生變化的挑戰(zhan)。爲了提高合格率(lü)，組裝者必💔須考慮(lü)建立一套處❄️理BGA器(qì)件的新标準。最後(hou)，要想獲得最具🎯成(chéng)本-效益的組裝，也(yě)許關鍵還在于BGA返(fan)修人員。

    兩種(zhong)最常見的BGA封裝是(shi)塑封BGA(PBGA)和陶瓷BGA封裝(zhuang)(CBGA)。PBGA上帶有直徑通常(cháng)爲0.762mm的易熔焊球，回(huí)流焊期間(通常爲(wèi)215℃)，這些焊✔️球在封裝(zhuāng)與PCB之間坍塌成0.406mm高(gāo)的焊點。CBGA是在元件(jian)和印制闆上采用(yòng)不熔焊球(實際上(shang)🔴是它的熔點大大(da)高于回流焊的溫(wen)度)，焊球直徑爲0.889mm，高(gao)度保持不變。

    第三種BGA封裝爲載(zǎi)帶球栅陣列封裝(zhuāng)(TBGA)，這種封裝現在🌈越(yue)來越多㊙️地用于要(yào)求更輕、更薄器件(jiàn)的高性能組件中(zhōng)。在聚酰亞㊙️胺載帶(dài)上，TBGA的I/O引線可超過(guo)700根。可采用标準的(de)絲網印刷焊膏和(hé)傳統的紅外回流(liú)焊方法來加工TBGA。

組裝問題

    BGA組裝的較大優點(dian)是，如果組裝方法(fa)正确，其合格率比(bi)傳統器件高。這是(shì)因爲它沒有引線(xiàn)，簡化了元件的處(chu)理，因此減少了器(qì)件遭受損壞的可(kě)能性。

    BGA回流焊(han)工藝與SMD回流焊工(gōng)藝相同，但BGA回流焊(han)需要精密的⛹🏻‍♀️溫度(du)控制，還要爲每個(gè)組件建立理想的(de)溫度曲線。此外，BGA器(qi)件在回流焊❄️期間(jian)，大多數都能夠在(zai)焊盤上自動對準(zhun)。因此，從實用的角(jiǎo)度考🈲慮，可以用組(zu)裝SMD的設備來組裝(zhuang)BGA。

    但是，由于BGA的(de)焊點是看不見的(de)，因此必須仔細觀(guan)察焊膏塗敷🈲的情(qíng)況。焊膏塗敷的準(zhǔn)确度，尤其對于CBGA，将(jiang)直接影響⭐組裝合(hé)格率。一般允許SMD器(qi)件組裝出現合格(ge)率低的情況🙇‍♀️，因爲(wei)其返修既🈲快又便(bian)❗宜，而BGA器件卻沒有(you)這樣的優勢。爲了(le)提高初次合格率(lü)，很多大批量BGA的組(zu)裝者🍓購買了檢測(cè)系統和複雜的返(fǎn)修設備。在回流焊(han)之前檢測焊膏塗(tu)敷和元件貼裝，比(bi)在回流焊之後檢(jian)測更能降低成本(běn)，因爲回流焊之後(hòu)便難以進行檢測(ce)，而且所需設備也(yě)很昂貴。

    要仔(zǎi)細選擇焊膏，因爲(wei)對BGA組裝，特别是對(duì)PBGA組裝來說，焊膏的(de)組成并不總是很(hen)理想。必須使供應(ying)商确保其焊膏不(bu)會形🎯成焊點空穴(xue)。同樣，如果用水溶(róng)性焊💔膏，應注意選(xuan)擇封裝類型。

    由于PBGA對潮氣敏感(gǎn)，因此在組裝之前(qian)要采取預處理📱措(cuò)施。建議所✌️有的封(feng)裝在24小時内完成(cheng)全部組裝和回流(liú)焊。器件離開抗靜(jìng)電保護袋的時間(jiān)過長将會損壞器(qi)件。CBGA對潮氣不敏感(gǎn)，但仍需小心。

返修

返修BGA的(de)基本步驟與返修(xiū)傳統SMD的步驟相同(tong)：

爲每個元件(jiàn)建立一條溫度曲(qǔ)線； 
拆除元件； 
去除(chu)殘留焊膏并清洗(xi)這一區域； 
貼裝新(xin)的BGA器件。在某些情(qíng)況下，BGA器件可以重(zhòng)複使用； 
當然，這三(sān)種主要類型的BGA，都(dou)需要對工藝做稍(shāo)微不同的調整⛷️。對(dui)于所有的BGA，溫度曲(qǔ)線的建立都是相(xiang)當重要的。不能嘗(cháng)試省掉這🎯一步驟(zhòu)。如果技術人員沒(méi)有合适的工具，而(ér)且本身沒有受過(guo)專🤟門的培訓，就會(hui)發現很難去掉殘(can)留的焊膏。過于頻(pin)繁地使用設計不(bú)良的拆焊編織帶(dai)，再加上技術人員(yuán)沒有受過良好的(de)培訓，會導緻基闆(pǎn)和阻焊膜的損壞(huài)。
建立溫度曲線

    與傳統的SMD相比(bi)，BGA對溫度控制的要(yào)求要高得多。必須(xū)逐步加熱整個BGA封(fēng)裝，使焊接點發生(shēng)回流。

    如果不(bu)嚴格控制溫度、溫(wen)度上升速率和保(bao)持時間(2℃/s至3℃/s)，回🌈流焊(hàn)就不會同時發生(sheng)，而且還可能損壞(huài)器件。爲拆除BGA而建(jiàn)立一條穩定❤️的溫(wen)度曲線需要一定(dìng)的技巧。設計人員(yuán)并不是總能得到(dao)每個封裝的信息(xi)，嘗試方法可能會(hui)對基闆、周圍的器(qi)件或浮起的焊盤(pan)造成熱損壞。

    具有豐富的BGA返修(xiu)經驗的技術人員(yuán)主要依靠破壞性(xìng)方法來确定适當(dāng)的溫度曲線。在PCB上(shàng)鑽孔，使焊點暴露(lu)出來，然後将熱電(diàn)偶🤟連接到焊點上(shang)。這樣，就可以爲每(měi)個被監測的焊📞點(diǎn)建立一條溫度曲(qǔ)線。技術數據表明(ming)，印制闆溫💃🏻度曲線(xian)的💞建立是以一個(gè)布滿元件的印制(zhi)闆爲基礎的，它采(cǎi)用了新的熱電偶(ou)和❓一個經校準的(de)記錄元件，并在印(yin)制闆的高、低💋溫區(qu)安裝了熱電偶。一(yī)💛旦爲基闆和BGA建立(li)了溫度曲線，就能(neng)夠對其進行編程(cheng)，以便重複使用。

    利用一些熱風(fēng)返修系統，可以比(bǐ)較容易地拆除BGA。通(tōng)常，某一溫度(由溫(wēn)度曲線确定)的熱(re)風從噴嘴噴出，使(shi)焊膏回流，但不會(hui)損壞基闆或周圍(wei)的元件。噴嘴的類(lei)型❗随設備或技術(shù)人員的喜好而不(bu)同。一些噴👅嘴使熱(rè)風在BGA器件的上部(bù)和底部流動，一些(xie)噴嘴水💚平移動熱(re)風📐，還有一些噴嘴(zui)隻将熱風噴在BGA的(de)上方。也有人喜歡(huan)用帶罩的噴嘴，它(ta)可直接将熱風集(ji)中在器件上，從而(ér)保護了周圍的器(qi)件。拆除BGA時，溫度的(de)保持是很重要的(de)。關鍵是要對PCB的底(di)部進🤩行預熱，以防(fáng)止翹曲。拆除BGA是多(duō)點回流，因而需要(yao)技巧和耐心。此外(wai)，返修一個BGA器件通(tong)常需要8到10分鍾，比(bi)返修其它👌的表面(mian)貼裝組件慢。

清洗貼裝位置

    貼裝BGA之前，應清(qīng)洗返修區域。這一(yī)步驟隻能以人工(gōng)進行🔞操作，因此技(jì)術人員的技巧非(fēi)常重要。如果清洗(xǐ)不充分，新的BGA将不(bú)能正确回流，基闆(pan)和阻焊膜也可能(neng)被損壞而♋不能修(xiū)複。

    大批量返(fǎn)修BGA時，常用的工具(jù)包括拆焊烙鐵和(he)熱風拆焊裝置。熱(re)風拆焊裝置是先(xiān)加熱焊盤表面，然(rán)後用真空裝置吸(xi)走熔🛀🏻融焊膏。拆焊(han)烙鐵使用方便，但(dan)要求技術熟練🎯的(de)人員操作。如果使(shǐ)用不當，拆焊烙鐵(tie)很容易損壞印制(zhi)闆和焊盤💜。

    在(zai)去除殘留焊膏時(shí)，很多組裝者喜歡(huan)用除錫編織帶。如(rú)果用合适的編織(zhī)帶，并且方法正确(que)，拆除工藝就會快(kuài)速⚽、安全、高效而且(qie)便宜。

    雖然使(shi)用除錫編織帶需(xū)要一定的技能，但(dan)是并不困難。用烙(lào)🔱鐵和所選編織帶(dài)接觸需要去除的(de)焊膏，使焊芯位于(yu)烙鐵頭與基闆之(zhi)間。烙鐵頭直接接(jie)觸基闆可🌏能會造(zao)成損壞。 焊膏-焊芯(xin)BGA除錫編織帶專門(mén)用于從BGA焊盤和元(yuán)件✊上去除殘留焊(han)膏，不會損壞阻💃🏻焊(hàn)膜或暴露在外的(de)印制線。它使熱量(liàng)通過編織帶🌏以最(zuì)佳方式傳⚽遞到焊(han)點，這樣，焊盤發生(sheng)移位或PCB遭受損壞(huai)的可能性就降至(zhì)最低。

    由于焊(han)芯在使用中的活(huo)動性很好，因此不(bú)必爲避免熱損壞(huai)而拖曳焊芯。相反(fan)，将焊芯放置在基(ji)闆與烙鐵頭之間(jiān)，加🆚熱2至3秒鍾，然後(hou)向上擡起編織帶(dài)和💋烙鐵。擡起而不(bu)是拖曳編織帶，可(kě)使焊盤遭到損壞(huài)的危險降至最低(di)。編織帶可去除所(suǒ)有的殘留焊膏💃🏻，從(cong)而排除了橋接和(hé)短路🌍的可能性。 去(qu)除殘留焊膏😘以後(hòu)，用适當的溶劑清(qing)洗這一🏃‍♀️區域。可以(yi)用毛刷刷掉殘留(liu)的助焊劑。爲了對(dui)新器件進行适當(dang)的回流焊，PCB必須很(hen)幹淨。

貼裝器(qi)件

    熟練的技(jì)術人員可以"看見(jian)"一些器件的貼裝(zhuang)，但并🔆不提倡用這(zhè)種方法。如果要求(qiú)更高的工藝合格(ge)率，就必🚩須使用分(fen)🥵光(split-optics)視覺系統。要用(yong)真空拾取管貼裝(zhuāng)、校準器件，并用熱(rè)風進行回流焊。此(ci)時，預先編程且♈精(jing)密确定的溫度曲(qu)線很關鍵。在拆除(chu)元🔴件時，BGA最可🌍能出(chu)故障，因此可能會(huì)忽視它的完整性(xìng)。

    重新貼裝元(yuán)件時，應采用完全(quán)不同的方法。爲避(bì)免損壞🤞新㊙️的BGA，預熱(re)(100℃至125℃)、溫度上升速率(lǜ)和溫度保持時間(jian)都很關鍵。與PBGA相比(bi)，CBGA能夠吸收更多的(de)熱量，但升溫速率(lü)卻比标準的2℃/s要慢(màn)一💚些。

    BGA有很多(duō)适于現代高速組(zu)裝的優點。BGA的組裝(zhuāng)可能不需🐪要新的(de)工藝，但卻要求現(xiàn)有工藝适用于具(jù)有隐藏焊點的🔞BGA組(zu)裝。爲使BGA更具成本(ben)效益，必須達到高(gāo)合格率，并🤟能有效(xiào)地返修組件。适當(dang)地培訓返修技術(shu)人員，采用⚽恰當的(de)返修設備，了解BGA返(fǎn)修的關鍵工序，都(dou)有助于實現穩定(dìng)、有效的返修。

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