BGA元件的(de)組裝和返修

大(da)多數制造商都(dōu)認爲，球珊陣列(liè)(BGA)器件具有不可(kě)否認的優點。但(dan)這項技術中的(de)一些問題仍有(yǒu)待進一步讨論(lun)，而不是立即實(shi)現，因爲它難以(yi)修整焊接端。隻(zhi)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(dàn)這兩種方法都(dōu)是既昂貴又耗(hao)時。

    設計人(rén)員需要了解BGA的(de)性能特性，這與(yǔ)早期的SMD很相似(sì)。PCB設計者🤩必須知(zhī)道在制造工藝(yì)發生變化時，應(yīng)如何對🆚設計進(jin)行相應的修改(gai)。對于制造商，則(zé)面臨着處理不(bu)💚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(ge)率，組裝者必須(xū)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(běn)-效益的組裝，也(ye)許關鍵還在于(yú)BGA返修人員。

    兩種最常見的(de)BGA封裝是塑封BGA(PBGA)和(hé)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(yìn)制闆上采用不(bu)熔焊球(實際上(shang)是它的🌏熔點大(dà)大高于回流焊(hàn)的溫度)，焊‼️球直(zhí)徑爲0.889mm，高度保持(chí)不變。

    第三(san)種BGA封裝爲載帶(dai)球栅陣列封裝(zhuāng)(TBGA)，這種封裝現在(zai)越來越多地用(yòng)于要求更輕、更(gèng)薄器件的高性(xing)能組件中📞。在聚(ju)酰亞胺載帶上(shang)，TBGA的I/O引線可超過(guò)700根。可采用🛀标準(zhǔn)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(zu)裝問題

    BGA組(zu)裝的較大優點(dian)是，如果組裝方(fāng)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(huà)了元件♈的處理(lǐ)，因此減少了💃🏻器(qì)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(tóng)，但BGA回流焊需要(yao)精密♻️的溫度控(kòng)制，還要爲每個(gè)組件建立理想(xiǎng)的溫度曲線。此(cǐ)外，BGA器件在回流(liú)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(yong)組裝SMD的設備♍來(lái)組裝BGA。

    但是(shi)，由于BGA的焊點是(shi)看不見的，因此(ci)必須仔細觀察(chá)焊🛀膏塗敷的🍓情(qíng)況。焊膏塗敷的(de)準确度，尤其對(duì)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(què)沒有這樣🙇‍♀️的優(you)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(cè)系統和複雜的(de)返修設備。在回(huí)流焊之前檢測(cè)焊膏塗敷和元(yuan)件貼裝，比在回(hui)流焊之後🥰檢測(ce)更能降低成本(běn)，因爲回流焊之(zhi)後便難以進行(hang)檢測，而且所需(xu)設備也很昂🚶‍♀️貴(guì)。

    要仔細選(xuǎn)擇焊膏，因爲對(duì)BGA組裝，特别是對(dui)PBGA組裝來說，焊膏(gāo)的組成并不總(zǒng)是很理想。必須(xū)使供應商确保(bǎo)✊其焊膏不會形(xing)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻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(chao)氣敏感，因此在(zai)組裝之前要采(cǎi)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(he)回流㊙️焊。器件離(li)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(gǎn)，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(qu)除殘留焊膏并(bing)清洗這一區域(yu)； 
貼裝新的BGA器件(jian)。在某些情況下(xià)，BGA器件可以重複(fu)使用； 
當然，這三(san)種主要類型的(de)BGA，都需要對工藝(yi)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(dāng)重要的。不😍能嘗(cháng)試省‼️掉這一步(bu)驟。如果技術人(ren)員沒🔅有合适的(de)工具，而且本身(shēn)沒有受過專門(mén)的培訓，就會發(fā)現很難去掉殘(cán)留的焊膏😍。過于(yú)頻繁地使用設(shè)🚶計不良的拆焊(hàn)編織帶，再加上(shang)技術人員沒有(yǒu)受過良好的培(pei)訓🌈，會導緻基闆(pǎn)和阻焊膜的損(sǔn)壞。
建立溫度曲(qǔ)線

    與傳統(tǒng)的SMD相比，BGA對溫度(du)控制的要求要(yao)高得多。必須逐(zhu)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(zhi)溫度、溫度上升(shēng)速率和保持時(shi)間(2℃/s至✍️3℃/s)，回流焊就(jiù)不會同時發生(sheng)，而且還可能損(sǔn)壞器件。爲拆💁除(chu)BGA而建立一條穩(wěn)定的溫度曲線(xian)需要一定的技(ji)巧。設計人員并(bìng)不是總能得到(dào)每個封裝的信(xìn)息，嘗試方法可(ke)能會對基闆、周(zhōu)圍的器件或♈浮(fú)起的焊盤造成(chéng)熱損壞。

    具(ju)有豐富的BGA返修(xiū)經驗的技術人(ren)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(kong)，使焊點暴露出(chū)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(jì)術數據表明，印(yin)制闆溫度曲線(xian)的建立是以一(yi)個布滿✨元件的(de)印制👈闆爲基礎(chǔ)的，它采用了新(xin)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(du)曲線，就能夠對(dui)其進行編程，以(yǐ)便重複使用。

    利用一些熱(re)風返修系統，可(kě)以比較容易地(di)拆除BGA。通常，某一(yī)溫☀️度(由溫度曲(qǔ)線确定)的熱風(fēng)從噴嘴噴出，使(shi)焊膏回🤞流，但不(bú)會損壞🛀基闆或(huo)周圍的元件。噴(pēn)嘴💃🏻的類型随設(shè)備或技術人員(yuán)的喜好而不同(tóng)。一些噴🐅嘴使熱(rè)風在BGA器件的上(shang)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(shàng)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(jiàn)上♌，從而保🏃‍♀️護了(le)周圍的器件。拆(chāi)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(qiao)和耐心🐕。此外，返(fan)修一個BGA器件通(tong)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(tiē)裝位置

    貼(tie)裝BGA之前，應清洗(xi)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(yào)。如果清洗不充(chong)分，新的BGA将不能(néng)正确回流，基闆(pan)和阻焊膜也可(kě)能被損壞而不(bu)能修複。

    大(dà)批量返修BGA時，常(chang)用的工具包括(kuo)拆焊烙鐵和熱(rè)風拆焊裝置。熱(rè)🏃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(guo)使用🌍不當，拆焊(han)烙鐵很容易損(sǔn)壞印制闆和焊(han)盤。

    在去除(chu)殘留焊膏時，很(hěn)多組裝者喜歡(huan)用除錫編織帶(dai)。如果用合适的(de)編織帶，并且方(fang)法正确，拆除工(gōng)藝🐇就會快速、安(ān)全、高效而且便(biàn)宜。

    雖然使(shǐ)用除錫編織帶(dài)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(zhi)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(yong)于從BGA焊盤和元(yuan)件上去除殘留(liú)焊膏，不會損壞(huài)阻焊膜或暴露(lu)在外的印制線(xian)。它使熱量💜通過(guo)編織帶📧以最佳(jiā)方式傳遞到焊(hàn)點，這樣❓，焊盤發(fa)生移位或PCB遭受(shòu)損壞的可能性(xìng)就降至最低。

    由于焊芯在(zài)使用中的活動(dong)性很好，因此不(bu)必爲避免熱損(sun)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻壞而拖曳焊芯(xīn)。相反，将焊芯放(fang)置在基闆與烙(lào)鐵頭之間，加熱(rè)2至♍3秒鍾，然後向(xiang)上擡起編織帶(dài)和烙鐵。擡起而(er)不是拖曳編織(zhi)帶，可使焊盤遭(zao)到損壞🌂的危險(xiǎn)降至最低。編織(zhī)帶可去除所有(you)的殘留焊膏，從(cóng)而排除了✨橋接(jiē)和短路的可能(neng)性。 去除殘留焊(hàn)膏以後，用适當(dāng)的溶劑清洗這(zhe)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(hang)适當的回流焊(hàn)，PCB必須很幹淨。

貼裝器件

    熟練的技術(shu)人員可以"看見(jiàn)"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(jiù)必須使用分光(guang)(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(que)定的溫度曲線(xiàn)很關鍵。在拆除(chu)元件時，BGA最可🛀🏻能(neng)出故障，因✨此可(ke)能會忽視它的(de)完整💘性。

    重(zhòng)新貼裝元件時(shí)，應采用完全不(bu)同的方法。爲避(bì)免損壞💃🏻新🔴的BGA，預(yù)🎯熱(100℃至125℃)、溫度上升(shēng)速率和溫度保(bao)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(yǒu)很多适于現代(dai)高速組裝的優(you)點。BGA的組裝可能(néng)不需要新的工(gong)藝，但卻要求現(xian)有工藝适用于(yu)具有隐藏焊點(dian)的BGA組裝🈚。爲使BGA更(geng)具成本效益，必(bì)須達到高合💋格(ge)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(qia)當的返修設備(bèi)，了👈解BGA返修的關(guan)鍵工序💋，都有助(zhu)于實🧡現穩定、有(yǒu)效的返修。

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