BGA元器件组装返修知识详解

2022-08-31

BGA元器件组装返修知识详解

球栅阵列(BGA)器件具有(yǒu)不可(kě)否认的优势。但该技术中的一些问题仍有(yǒu)待进一步讨论，并且由于难以修剪焊接端而无法立即实现。BGA互连完整性只能(néng)通过X射線(xiàn)或電(diàn)气测试電(diàn)路方法进行测试，这两种方法都昂贵且耗时。

两种最常见的BGA封装是塑料BGA (PBGA)和陶瓷BGA (CBGA)。PBGA具有(yǒu)易熔焊球，通常直径為(wèi)0.762毫米，在回流期间（通常為(wèi)215°C），这些焊球在封装和PCB之间塌陷成0.406毫米高的焊点。CBGA在元器件和印制板上使用(yòng)不熔焊球（实际上它的熔点遠(yuǎn)高于回流焊的温度），焊球直径為(wèi)0.889mm，高度保持不变。

BGA元器件组装返修知识详解

球栅阵列 (BGA) 器件具有(yǒu)不可(kě)否认的优势。但该技术中的一些问题仍有(yǒu)待进一步讨论，并且由于难以修剪焊接端而无法立即实现。BGA互连完整性只能(néng)通过X射線(xiàn)或電(diàn)气测试電(diàn)路方法进行测试，这两种方法都昂贵且耗时。

两种最常见的 BGA 封装是塑料 BGA (PBGA) 和陶瓷 BGA (CBGA)。PBGA 具有(yǒu)易熔焊球，通常直径為(wèi) 0.762 毫米，在回流期间（通常為(wèi) 215°C），这些焊球在封装和 PCB 之间塌陷成 0.406 毫米高的焊点。CBGA在元器件和印制板上使用(yòng)不熔焊球（实际上它的熔点遠(yuǎn)高于回流焊的温度），焊球直径為(wèi)0.889mm，高度保持不变。

装配问题

BGA组装的巨大优势在于，如果组装方法正确，其良率高于传统器件。这是因為(wèi)它没有(yǒu)引線(xiàn)，这简化了组件的处理(lǐ)，因此降低了损坏设备的可(kě)能(néng)性。

BGA回流焊接工艺与SMD回流焊接工艺相同，但BGA回流焊接需要精确的温度控制和為(wèi)每个元件建立理(lǐ)想的温度曲線(xiàn)。此外，大多(duō)数BGA器件可(kě)以在回流焊接期间在焊盘上进行自对准。因此，从实用(yòng)的角度来看，可(kě)以用(yòng)组装SMD的设备组装BGA。

但是，由于BGA的焊点是看不见的，因此必须仔细观察焊膏的应用(yòng)。锡膏应用(yòng)的准确性，特别是对于CBGA，将直接影响组装良率。SMD器件组装通常可(kě)以容忍低良率，因為(wèi)返工速度快且成本低，但BGA器件没有(yǒu)这个优势。為(wèi)了提高首次良率，许多(duō)大批量BGA组装商(shāng)購(gòu)买了检测系统和复杂的返修设备。回流前检查焊膏应用(yòng)和元件贴装比回流后检查更能(néng)降低成本，回流后检查困难且昂贵。

应谨慎选择焊膏，因為(wèi)焊膏的成分(fēn)并不总是适合BGA组装，尤其是PBGA组装。供应商(shāng)必须确保他(tā)们的焊膏不会形成焊点空洞。同样，如果使用(yòng)水溶性焊膏，则应注意选择封装类型。

由于PBGA对水分(fēn)敏感，在组装前应采取预处理(lǐ)措施。建议所有(yǒu)封装在24小(xiǎo)时内完全组装并回流焊接。将设备長(cháng)时间放在防静電(diàn)保护袋中会损坏设备。CBGA对水分(fēn)不敏感，但仍需要小(xiǎo)心。

修理(lǐ)

返修BGA的基本步骤与返修传统SMD相同：

為(wèi)每个组件创建温度曲線(xiàn)；

移除组件；

去除残留的锡膏并清洁该區(qū)域；

放置新(xīn)的BGA设备。在某些情况下，BGA器件可(kě)以重复使用(yòng)；

回流焊接。

当然，这三种主要类型的BGA都需要对工艺进行略微不同的调整。对于所有(yǒu)BGA，温度曲線(xiàn)的建立非常重要。不能(néng)尝试省略此步骤。如果技术人员没有(yǒu)合适的工具并且自己没有(yǒu)接受过相关培训，他(tā)们会发现很(hěn)难去除残留的焊膏。过于频繁地使用(yòng)设计不佳的拆焊编织物(wù)，再加上训练有(yǒu)素的技术人员，可(kě)能(néng)会损坏基板和阻焊层。

创建温度曲線(xiàn)

与传统的SMD相比，BGA对温度控制的要求要高得多(duō)。整个BGA封装必须逐步加热以回流焊点。

如果温度、升温速率和保持时间（2°C/s至3°C/s）没有(yǒu)严格控制，回流焊接不会同时发生，可(kě)能(néng)会损坏器件。為(wèi)BGA移除建立稳定的温度曲線(xiàn)需要一些技巧。设计人员并不总是拥有(yǒu)每个封装的信息，尝试方法可(kě)能(néng)会对基板、周围设备或浮动焊盘造成热损坏。

具有(yǒu)丰富BGA返工经验的技术人员主要依靠破坏性方法来确定适当的温度曲線(xiàn)。在PCB上钻孔以暴露焊点并将热電(diàn)偶连接到焊点。通过这种方式，可(kě)以為(wèi)每个受监控的焊点建立温度曲線(xiàn)。技术资料表明，印制板温度曲線(xiàn)的建立是基于满载元器件的印制板，采用(yòng)新(xīn)型热電(diàn)偶和经过校准的记录元件，并利用(yòng)印制板的高低温區(qū)。安装了热電(diàn)偶。一旦為(wèi)基板和BGA建立了温度曲線(xiàn)，就可(kě)以对其进行编程以供重复使用(yòng)。

使用(yòng)一些热风返修系统，BGA可(kě)以相对容易地移除。通常，从喷嘴喷出一定温度（由温度曲線(xiàn)确定）的热空气，以使焊膏回流，而不会损坏基板或周围的组件。喷嘴的类型因设备或技术人员的偏好而异。一些喷嘴将热空气流过BGA器件的顶部和底部，一些喷嘴水平移动热空气，一些喷嘴将热空气喷射到BGA上方。其他(tā)人更喜欢使用(yòng)带罩的喷嘴，它将热空气直接集中在设备上，从而保护周围的设备。移除BGA时保持温度很(hěn)重要。关键是要预热PCB底部以防止翘曲。移除BGA是多(duō)点回流，因此需要技巧和耐心。此外，

清洁和安装位置

在安装BGA之前，应清洁返修區(qū)域。这一步只能(néng)手动完成，因此技术人员的技能(néng)非常重要。如果清洗不充分(fēn)，新(xīn)的BGA将无法正常回流，基板和阻焊层也可(kě)能(néng)损坏无法修复。

大批量返修BGA时，常用(yòng)的工具有(yǒu)拆焊烙铁和热风拆焊装置。热风拆焊装置首先对焊盘表面进行加热，然后利用(yòng)真空装置将熔化的焊膏吸走。拆焊烙铁使用(yòng)方便，但需要熟练人员操作。如果使用(yòng)不当，拆焊烙铁很(hěn)容易损坏印制板和焊盘。

在去除残留焊膏时，许多(duō)组装人员喜欢使用(yòng)除锡编织物(wù)。使用(yòng)适当的编织物(wù)和方法，去除过程快速、安全、高效且成本低廉。

使用(yòng)除锡编织带虽然需要一定的技巧，但并不难。用(yòng)选择的烙铁和编织物(wù)接触要去除的焊膏，使焊芯位于烙铁头和基板之间。烙铁头与基板直接接触可(kě)能(néng)会造成损坏。Solder Paste-Solder Core BGA Removal Braid 旨在去除BGA焊盘和组件上的残留焊膏，而不会损坏阻焊层或裸露的迹線(xiàn)。它通过编织物(wù)将热量最佳地传递到焊点，从而最大限度地减少焊盘移位或PCB损坏的可(kě)能(néng)性。

由于焊芯在使用(yòng)中非常灵活，因此无需拖动焊芯以避免热损坏。取而代之的是，将焊芯放在基板和烙铁头之间，加热2到3秒(miǎo)，然后将编织层和烙铁向上提起。提起而不是拖动，编织物(wù)将损坏垫的风险降至最低。编织带可(kě)去除所有(yǒu)残留的焊膏，消除桥接和短路的可(kě)能(néng)性。去除残留焊膏后，用(yòng)合适的溶剂清洁该區(qū)域。残留的助焊剂可(kě)以用(yòng)刷子清除。对于新(xīn)器件的正确回流焊接，PCB必须清洁。

安装设备

熟练的技术人员可(kě)以“看到”一些元件的放置，但不推荐这种方法。如果需要更高的工艺良率，则必须使用(yòng)分(fēn)离式光學(xué)视觉系统。使用(yòng)真空拾取管放置、对齐和回流热空气。在这里，预编程和精确定义的温度曲線(xiàn)至关重要。移除组件时，BGA最有(yǒu)可(kě)能(néng)发生故障，因此可(kě)能(néng)会忽略其完整性。

重新(xīn)安装组件时，应使用(yòng)完全不同的方法。為(wèi)避免损坏新(xīn)的BGA，预热（100°C至125°C）、升温速率和温度保持时间都很(hěn)关键。与PBGA相比，CBGA能(néng)够吸收更多(duō)的热量，但加热速度比标准的2°C/s慢。