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SMT---BGA元件的组装和返修

BGA 元件的 组装 返修
 
 
 大多数制造商都认为,球珊阵列 (BGA) 器件具有不可否认的优点。但这项技术中的一些问题仍有待进一步讨论,而不是立即实现,因为它难以修整焊接端。只能用 X 射线或电气测试电路的方法来测试 BGA 的互连完整性,但这两种方法都是既昂贵又耗时。
设计人员需要了解 BGA 的性能特性,这与早期的 SMD 很相似。 PCB 设计者必须知道在制造工艺发生变化时,应如何对设计进行相应的修改。对于制造商,则面临着处理不同类型的 BGA 封装和*终工艺发生变化的挑战。为了提高合格率 (yield) ,组装者必须考虑建立一套处理 BGA 器件的新标准。*后,要想获得*具成本 - 效益的组装,也许关键还在于 BGA 返修人员。
两种*常见的 BGA 封装是塑封 BGA(PBGA) 和陶瓷 BGA 封装 (CBGA) PBGA 上带有直径通常为 0.762mm 的易熔焊球,回流焊期间 ( 通常为 215 ) ,这些焊球在封装与 PCB 之间坍塌成 0.406mm 高的焊点。 CBGA 是在元件和印制板上采用不熔焊球 ( 实际上是它的熔点大大高于回流焊的温度 ) ,焊球直径为 0.889mm ,高度保持不变。
第三种 BGA 封装为载带球栅阵列封装 (TBGA) ,这种封装现在越来越多地用于要求更轻、更薄器件的高性能组件中。在聚酰亚胺载带上, TBGA I/O 引线可超过 700 根。可采用标准的丝网印刷焊膏和传统的红外回流焊方法来加工 TBGA
组装问题
BGA 组装的较大优点是,如果组装方法正确,其合格率比传统器件高。这是因为它没有引线,简化了元件的处理,因此减少了器件遭受损坏的可能性。
BGA 回流焊工艺与 SMD 回流焊工艺相同,但 BGA 回流焊需要精密的温度控制,还要为每个组件建立理想的温度曲线。此外, BGA 器件在回流焊期间,大多数都能够在焊盘上自动对准。因此,从实用的角度考虑,可以用组装 SMD 的设备来组装 BGA
但是,由于 BGA 的焊点是看不见的,因此必须仔细观察焊膏涂敷的情况。焊膏涂敷的准确度,尤其对于 CBGA ,将直接影响组装合格率。一般允许 SMD 器件组装出现合格率低的情况,因为其返修既快又便宜,而 BGA 器件却没有这样的优势。为了提高初次合格率,很多大批量 BGA 的组装者购买了检测系统和复杂的返修设备。在回流焊之前检测焊膏涂敷和元件贴装,比在回流焊之后检测更能降低成本,因为回流焊之后便难以进行检测,而且所需设备也很昂贵。
要仔细选择焊膏,因为对 BGA 组装,特别是对 PBGA 组装来说,焊膏的组成并不总是很理想。必须使供应商确保其焊膏不会形成焊点空穴。同样,如果用水溶性焊膏,应注意选择封装类型。
由于 PBGA 对潮气敏感,因此在组装之前要采取预处理措施。建议所有的封装在 24 小时内完成全部组装和回流焊。器件离开抗静电保护袋的时间过长将会损坏器件。 CBGA 对潮气不敏感,但仍需小心。
返修
返修 BGA 的基本步骤与返修传统 SMD 的步骤相同:

为每个元件建立一条温度曲线;
拆除元件;
去除残留焊膏并清洗这一区域;
贴装新的 BGA 器件。在某些情况下, BGA 器件可以重复使用;
回流焊。
当然,这三种主要类型的 BGA ,都需要对工艺做稍微不同的调整。对于所有的 BGA ,温度曲线的建立都是相当重要的。不能尝试省掉这一步骤。如果技术人员没有合适的工具,而且本身没有受过专门的培训,就会发现很难去掉残留的焊膏。过于频繁地使用设计不良的拆焊编织带,再加上技术人员没有受过良好的培训,会导致基板和阻焊膜的损坏。
建立温度曲线
与传统的 SMD 相比, BGA 对温度控制的要求要高得多。必须逐步加热整个 BGA 封装,使焊接点发生回流。
如果不严格控制温度、温度上升速率和保持时间 (2 /s 3 /s) ,回流焊就不会同时发生,而且还可能损坏器件。为拆除 BGA 而建立一条稳定的温度曲线需要一定的技巧。设计人员并不是总能得到每个封装的信息,尝试方法可能会对基板、周围的器件或浮起的焊盘造成热损坏。
具有丰富的 BGA 返修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线。在 PCB 上钻孔,使焊点暴露出来,然后将热电偶连接到焊点上。这样,就可以为每个被监测的焊点建立一条温度曲线。技术数据表明,印制板温度曲线的建立是以一个布满元件的印制板为基础的,它采用了新的热电偶和一个经校准的记录元件,并在印制板的高、低温区安装了热电偶。一旦为基板和 BGA 建立了温度曲线,就能够对其进行编程,以便重复使用。
利用一些热风返修系统,可以比较容易地拆除 BGA 。通常,某一温度 ( 由温度曲线确定 ) 的热风从喷嘴喷出,使焊膏回流,但不会损坏基板或周围的元件。喷嘴的类型随设备或技术人员的喜好而不同。一些喷嘴使热风在 BGA 器件的上部和底部流动,一些喷嘴水平移动热风,还有一些喷嘴只将热风喷在 BGA 的上方。也有人喜欢用带罩的喷嘴,它可直接将热风集中在器件上,从而保护了周围的器件。拆除 BGA 时,温度的保持是很重要的。关键是要对 PCB 的底部进行预热,以防止翘曲。拆除 BGA 是多点回流,因而需要技巧和耐心。此外,返修一个 BGA 器件通常需要 8 10 分钟,比返修其它的表面贴装组件慢。

清洗贴装位置
贴装 BGA 之前,应清洗返修区域。这一步骤只能以人工进行操作,因此技术人员的技巧非常重要。如果清洗不充分,新的 BGA 将不能正确回流,基板和阻焊膜也可能被损坏而不能修复。
大批量返修 BGA 时,常用的工具包括拆焊烙铁和热风拆焊装置。热风拆焊装置是先加热焊盘表面,然后用真空装置吸走熔融焊膏。拆焊烙铁使用方便,但要求技术熟练的人员操作。如果使用不当,拆焊烙铁很容易损坏印制板和焊盘。
在去除残留焊膏时,很多组装者喜欢用除锡编织带。如果用合适的编织带,并且方法正确,拆除工艺就会快速、安全、高效而且便宜。
虽然使用除锡编织带需要一定的技能,但是并不困难。用烙铁和所选编织带接触需要去除的焊膏,使焊芯位于烙铁头与基板之间。烙铁头直接接触基板可能会造成损坏。 焊膏 - 焊芯 BGA 除锡编织带专门用于从 BGA 焊盘和元件上去除残留焊膏,不会损坏阻焊膜或暴露在外的印制线。它使热量通过编织带以*佳方式传递到焊点,这样,焊盘发生移位或 PCB 遭受损坏的可能性就降至*低。
由于焊芯在使用中的活动性很好,因此不必为避免热损坏而拖曳焊芯。相反,将焊芯放置在基板与烙铁头之间,加热 2 3 秒钟,然后向上抬起编织带和烙铁。抬起而不是拖曳编织带,可使焊盘遭到损坏的危险降至*低。编织带可去除所有的残留焊膏,从而排除了桥接和短路的可能性。 去除残留焊膏以后,用适当的溶剂清洗这一区域。可以用毛刷刷掉残留的助焊剂。为了对新器件进行适当的回流焊, PCB 必须很干净。
贴装器件
熟练的技术人员可以 " 看见 " 一些器件的贴装,但并不提倡用这种方法。如果要求更高的工艺合格率,就必须使用分光 (split-optics) 视觉系统。要用真空拾取管贴装、校准器件,并用热风进行回流焊。此时,预先编程且精密确定的温度曲线很关键。在拆除元件时, BGA *可能出故障,因此可能会忽视它的完整性。
重新贴装元件时,应采用完全不同的方法。为避免损坏新的 BGA ,预热 (100 125 ) 、温度上升速率和温度保持时间都很关键。与 PBGA 相比, CBGA 能够吸收更多的热量,但升温速率却比标准的 2 /s 要慢一些。
BGA 有很多适于现代高速组装的优点。 BGA 的组装可能不需要新的工艺,但却要求现有工艺适用于具有隐藏焊点的 BGA 组装。为使 BGA 更具成本效益,必须达到高合格率,并能有效地返修组件。适当地培训返修技术人员,采用恰当的返修设备,了解 BGA 返修的关键工序,都有助于实现稳定、有效的返修。
 
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