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)器件具有不可否认的优势。但该技术中的一些问题仍有待进一步讨论，并且由于难以修剪焊接端而无法立即实现。BGA互连完整性只能通过X射线或电气测试电路方法进行测试，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具有易熔焊球，通常直径为0.762毫米，在回流期间（通常为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不熔焊球（实际上它的熔点远高于回流焊的温度），焊球直径为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) 器件具有不可否认的优势。但该技术中的一些问题仍有待进一步讨论，并且由于难以修剪焊接端而无法立即实现。BGA互连完整性只能通过X射线或电气测试电路方法进行测试，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 具有易熔焊球，通常直径为 0.762 毫米，在回流期间（通常为 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不熔焊球（实际上它的熔点远高于回流焊的温度），焊球直径为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。这是因为它没有引线，这简化了组件的处理，因此降低了损坏设备的可能性。

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为每个元件建立理想的温度曲线。此外，大多数BGA器件可以在回流焊接期间在焊盘上进行自对准。因此，从实用的角度来看，可以用组装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。锡膏应用的准确性，特别是对于CBGA，将直接影响组装良率。SMD器件组装通常可以容忍低良率，因为返工速度快且成本低，但BGA器件没有这个优势。为了提高首次良率，许多大批量BGA组装商购买了检测系统和复杂的返修设备。回流前检查焊膏应用和元件贴装比回流后检查更能降低成本，回流后检查困难且昂贵。

应谨慎选择焊膏，因为焊膏的成分并不总是适合BGA组装，尤其是PBGA组装。供应商必须确保他们的焊膏不会形成焊点空洞。同样，如果使用水溶性焊膏，则应注意选择封装类型。

由于PBGA对水分敏感，在组装前应采取预处理措施。建议所有封装在24小时内完全组装并回流焊接。将设备长时间放在防静电保护袋中会损坏设备。CBGA对水分不敏感，但仍需要小心。

修理

返修BGA的基本步骤与返修传统SMD相同：

为每个组件创建温度曲线；

移除组件；

去除残留的锡膏并清洁该区域；

放置新的BGA设备。在某些情况下，BGA器件可以重复使用；

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BGA，温度曲线的建立非常重要。不能尝试省略此步骤。如果技术人员没有合适的工具并且自己没有接受过相关培训，他们会发现很难去除残留的焊膏。过于频繁地使用设计不佳的拆焊编织物，再加上训练有素的技术人员，可能会损坏基板和阻焊层。

创建温度曲线

与传统的SMD相比，BGA对温度控制的要求要高得多。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）没有严格控制，回流焊接不会同时发生，可能会损坏器件。为BGA移除建立稳定的温度曲线需要一些技巧。设计人员并不总是拥有每个封装的信息，尝试方法可能会对基板、周围设备或浮动焊盘造成热损坏。

具有丰富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线。在PCB上钻孔以暴露焊点并将热电偶连接到焊点。通过这种方式，可以为每个受监控的焊点建立温度曲线。技术资料表明，印制板温度曲线的建立是基于满载元器件的印制板，采用新型热电偶和经过校准的记录元件，并利用印制板的高低温区。安装了热电偶。一旦为基板和BGA建立了温度曲线，就可以对其进行编程以供重复使用。

使用一些热风返修系统，BGA可以相对容易地移除。通常，从喷嘴喷出一定温度（由温度曲线确定）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。其他人更喜欢使用带罩的喷嘴，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时保持温度很重要。关键是要预热PCB底部以防止翘曲。移除BGA是多点回流，因此需要技巧和耐心。此外，

清洁和安装位置

在安装BGA之前，应清洁返修区域。这一步只能手动完成，因此技术人员的技能非常重要。如果清洗不充分，新的BGA将无法正常回流，基板和阻焊层也可能损坏无法修复。

大批量返修BGA时，常用的工具有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，然后利用真空装置将熔化的焊膏吸走。拆焊烙铁使用方便，但需要熟练人员操作。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，许多组装人员喜欢使用除锡编织物。使用适当的编织物和方法，去除过程快速、安全、高效且成本低廉。

使用除锡编织带虽然需要一定的技巧，但并不难。用选择的烙铁和编织物接触要去除的焊膏，使焊芯位于烙铁头和基板之间。烙铁头与基板直接接触可能会造成损坏。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线。它通过编织物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损坏的可能性。

由于焊芯在使用中非常灵活，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，然后将编织层和烙铁向上提起。提起而不是拖动，编织物将损坏垫的风险降至最低。编织带可去除所有残留的焊膏，消除桥接和短路的可能性。去除残留焊膏后，用合适的溶剂清洁该区域。残留的助焊剂可以用刷子清除。对于新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，则必须使用分离式光学视觉系统。使用真空拾取管放置、对齐和回流热空气。在这里，预编程和精确定义的温度曲线至关重要。移除组件时，BGA最有可能发生故障，因此可能会忽略其完整性。

重新安装组件时，应使用完全不同的方法。为避免损坏新的BGA，预热（100°C至125°C）、升温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，但加热速度比标准的2°C/s慢。