BGA元件的組裝和返修_電路圖

   時間:2014-03-11 23:48:40
BGA元件的組裝和返修_電路圖簡介
     大多數製造商都認為,球珊陣列(BGA)器件具有不可否認的優點。但這項技術中的一些問題仍有待進一步討論,而不是立即實現,因為它難以修整焊接端。……
BGA元件的組裝和返修_電路圖正文
     大多數製造商都認為,球珊陣列(BGA)器件具有不可否認的優點。但這項技術中的一些問題仍有待進一步討論,而不是立即實現,因為它難以修整焊接端。只能用X射線或電氣測試電路的方法來測試BGA的互連完整性,但這兩種方法都是既昂貴又耗時。

        設計人員需要了解BGA的性能特性,這與早期的SMD很相似。PCB設計者必須知道在製造工藝發生變化時,應如何對設計進行相應的修改。對於製造商,則面臨著處理不同類型的BGA封裝和最終工藝發生變化的挑戰。為了提高合格率 (yield),組裝者必須考慮建立一套處理BGA器件的新標準。最後,要想獲得最具成本-效益的組裝,也許關鍵還在於BGA返修人員。

         兩種最常見的BGA封裝是塑封BGA(PBGA)和陶瓷BGA封裝(CBGA)。PBGA上帶有直徑通常為0.762mm的易熔焊球,迴流焊期間 (通常為215℃),這些焊球在封裝與PCB之間坍塌成0.406mm高的焊點。CBGA是在元件和印製板上採用不熔焊球(實際上是它的熔點大大高於迴流焊的溫度),焊球直徑為0.889mm,高度保持不變。

         第三種BGA封裝為載帶球柵陣列封裝(TBGA),這種封裝現在越來越多地用於要求更輕、更薄器件的高性能組件中。在聚醯亞胺載帶上,TBGA的I/O引線可超過700根。可採用標準的絲網印刷焊膏和傳統的紅外迴流焊方法來加工TBGA。

組裝問題

        BGA組裝的較大優點是,如果組裝方法正確,其合格率比傳統器件高。這是因為它沒有引線,簡化了元件的處理,因此減少了器件遭受損壞的可能性。

        BGA迴流焊工藝與SMD迴流焊工藝相同,但BGA迴流焊需要精密的溫度控制,還要為每個組件建立理想的溫度曲線。此外,BGA器件在迴流焊期間,大多數都能夠在焊盤上自動對準。因此,從實用的角度考慮,可以用組裝SMD的設備來組裝BGA。

        但是,由於BGA的焊點是看不見的,因此必須仔細觀察焊膏塗敷的情況。焊膏塗敷的準確度,尤其對於CBGA,將直接影響組裝合格率。一般允許SMD 器件組裝出現合格率低的情況,因為其返修既快又便宜,而BGA器件卻沒有這樣的優勢。為了提高初次合格率,很多大批量BGA的組裝者購買了檢測系統和複雜的返修設備。在迴流焊之前檢測焊膏塗敷和元件貼裝,比在迴流焊之後檢測更能降低成本,因為迴流焊之後便難以進行檢測,而且所需設備也很昂貴。

        要仔細選擇焊膏,因為對BGA組裝,特別是對PBGA組裝來說,焊膏的組成並不總是很理想。必須使供應商確保其焊膏不會形成焊點空穴。同樣,如果用水溶性焊膏,應注意選擇封裝類型。

        由於PBGA對潮氣敏感,因此在組裝之前要採取預處理措施。建議所有的封裝在24小時內完成全部組裝和迴流焊。器件離開抗靜電保護袋的時間過長將會損壞器件。CBGA對潮氣不敏感,但仍需小心。

返修

返修BGA的基本步驟與返修傳統SMD的步驟相同:


為每個元件建立一條溫度曲線;
拆除元件;
去除殘留焊膏並清洗這一區域;
貼裝新的BGA器件。在某些情況下,BGA器件可以重複使用;
迴流焊。
當然,這三種主要類型的BGA,都需要對工藝做稍微不同的調整。對於所有的BGA,溫度曲線的建立都是相當重要的。不能嘗試省掉這一步驟。如果技術人員沒有合適的工具,而且本身沒有受過專門的培訓,就會發現很難去掉殘留的焊膏。過於頻繁地使用設計不良的拆焊編織帶,再加上技術人員沒有受過良好的培訓,會導致基板和阻焊膜的損壞。
建立溫度曲線

與傳統的SMD相比,BGA對溫度控制的要求要高得多。必須逐步加熱整個BGA封裝,使焊接點發生迴流。

如果不嚴格控制溫度、溫度上升速率和保持時間(2℃/s至3℃/s),迴流焊就不會同時發生,而且還可能損壞器件。為拆除BGA而建立一條穩定的溫度曲線需要一定的技巧。設計人員並不是總能得到每個封裝的信息,嘗試方法可能會對基板、周圍的器件或浮起的焊盤造成熱損壞。

具有豐富的BGA返修經驗的技術人員主要依靠破壞性方法來確定適當的溫度曲線。在PCB上鑽孔,使焊點暴露出來,然後將熱電偶連接到焊點上。這樣,就可以為每個被監測的焊點建立一條溫度曲線。技術數據表明,印製板溫度曲線的建立是以一個布滿元件的印製板為基礎的,它採用了新的熱電偶和一個經校準的記錄元件,並在印製板的高、低溫區安裝了熱電偶。一旦為基板和BGA建立了溫度曲線,就能夠對其進行編程,以便重複使用。

利用一些熱風返修系統,可以比較容易地拆除BGA。通常,某一溫度(由溫度曲線確定)的熱風從噴嘴噴出,使焊膏迴流,但不會損壞基板或周圍的元件。噴嘴的類型隨設備或技術人員的喜好而不同。一些噴嘴使熱風在BGA器件的上部和底部流動,一些噴嘴水平移動熱風,還有一些噴嘴只將熱風噴在BGA的上方。也有人喜歡用帶罩的噴嘴,它可直接將熱風集中在器件上,從而保護了周圍的器件。拆除BGA時,溫度的保持是很重要的。關鍵是要對PCB的底部進行預熱,以防止翹曲。拆除BGA是多點迴流,因而需要技巧和耐心。此外,返修一個BGA器件通常需要8到10分鐘,比返修其它的表面貼裝組件慢。

清洗貼裝位置

貼裝BGA之前,應清洗返修區域。這一步驟只能以人工進行操作,因此技術人員的技巧非常重要。如果清洗不充分,新的BGA將不能正確迴流,基板和阻焊膜也可能被損壞而不能修復。

大批量返修BGA時,常用的工具包括拆焊烙鐵和熱風拆焊裝置。熱風拆焊裝置是先加熱焊盤表面,然後用真空裝置吸走熔融焊膏。拆焊烙鐵使用方便,但要求技術熟練的人員操作。如果使用不當,拆焊烙鐵很容易損壞印製板和焊盤。

在去除殘留焊膏時,很多組裝者喜歡用除錫編織帶。如果用合適的編織帶,並且方法正確,拆除工藝就會快速、安全、高效而且便宜。

雖然使用除錫編織帶需要一定的技能,但是並不困難。用烙鐵和所選編織帶接觸需要去除的焊膏,使焊芯位於烙鐵頭與基板之間。烙鐵頭直接接觸基板可能會造成損壞。焊膏-焊芯BGA除錫編織帶專門用於從BGA焊盤和元件上去除殘留焊膏,不會損壞阻焊膜或暴露在外的印製線。它使熱量通過編織帶以最佳方式傳遞到焊點,這樣,焊盤發生移位或PCB遭受損壞的可能性就降至最低。(錄入編輯:電路圖網dltdl.com)

由於焊芯在使用中的活動性很好,因此不必為避免熱損壞而拖曳焊芯。相反,將焊芯放置在基板與烙鐵頭之間,加熱2至3秒鐘,然後向上抬起編織帶和烙鐵。抬起而不是拖曳編織帶,可使焊盤遭到損壞的危險降至最低。編織帶可去除所有的殘留焊膏,從而排除了橋接和短路的可能性。去除殘留焊膏以後,用適當的溶劑清洗這一區域。可以用毛刷刷掉殘留的助焊劑。為了對新器件進行適當的迴流焊,PCB必須很乾凈。

貼裝器件

       熟練的技術人員可以"看見"一些器件的貼裝,但並不提倡用這種方法。如果要求更高的工藝合格率,就必須使用分光(split-optics)視覺系統。要用真空拾取管貼裝、校準器件,並用熱風進行迴流焊。此時,預先編程且精密確定的溫度曲線很關鍵。在拆除元件時,BGA最可能出故障,因此可能會忽視它的完整性。

       重新貼裝元件時,應採用完全不同的方法。為避免損壞新的BGA,預熱(100℃至125℃)、溫度上升速率和溫度保持時間都很關鍵。與PBGA相比,CBGA能夠吸收更多的熱量,但升溫速率卻比標準的2℃/s要慢一些。

        BGA有很多適於現代高速組裝的優點。BGA的組裝可能不需要新的工藝,但卻要求現有工藝適用於具有隱藏焊點的BGA組裝。為使BGA更具成本效益,必須達到高合格率,並能有效地返修組件。適當地培訓返修技術人員,採用恰當的返修設備,了解BGA返修的關鍵工序,都有助於實現穩定、有效的返修。


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