球珊陣列(BGA)器件具有不可否認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)。但這項(xiàng)技術(shù)中的一些問題仍有待進(jìn)一步討論,而不是立即實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗y以修整焊接端。只能用X射線或電氣測(cè)試電路的方法來測(cè)試BGA的互連完整性,但這兩種方法都是既昂貴又耗時(shí)。
設(shè)計(jì)人員需要了解BGA的性能特性,這與早期的SMD很相似。PCB抄板設(shè)計(jì)者必須知道在制造工藝發(fā)生變化時(shí),應(yīng)如何對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的修改。對(duì)于制造商,則面臨著處理不同類型的BGA封裝和最終工藝發(fā)生變化的挑戰(zhàn)。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(biāo)準(zhǔn)。最后,要想獲得最具成本-效益的組裝,也許關(guān)鍵還在于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,回流焊期間 (通常為215℃),這些焊球在封裝與PCB之間坍塌成0.406mm高的焊點(diǎn)。CBGA是在元件和印制板上采用不熔焊球(實(shí)際上是它的熔點(diǎn)大大高于回流焊的溫度),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(xiàn)在越來越多地用于要求更輕、更薄器件的高性能組件中。在聚酰亞胺載帶上,TBGA的I/O引線可超過700根。可采用標(biāo)準(zhǔn)的絲網(wǎng)印刷焊膏和傳統(tǒng)的紅外回流焊方法來加工TBGA。
組裝問題
BGA組裝的較大優(yōu)點(diǎn)是,如果組裝方法正確,其合格率比傳統(tǒng)器件高。這是因?yàn)樗鼪]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回流焊工藝與SMD回流焊工藝相同,但BGA回流焊需要精密的溫度控制,還要為每個(gè)組件建立理想的溫度曲線。此外,BGA器件在回流焊期間,大多數(shù)都能夠在焊盤上自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。因此,從實(shí)用的角度考慮,可以用組裝SMD的設(shè)備來組裝BGA。
但是,由于BGA的焊點(diǎn)是看不見的,因此必須仔細(xì)觀察焊膏涂敷的情況。焊膏涂敷的準(zhǔn)確度,尤其對(duì)于CBGA,將直接影響組裝合格率。一般允許SMD 器件組裝出現(xiàn)合格率低的情況,因?yàn)槠浞敌藜瓤煊直阋?,而BGA器件卻沒有這樣的優(yōu)勢(shì)。為了提高初次合格率,很多大批量BGA的組裝者購買了檢測(cè)系統(tǒng)和復(fù)雜的返修設(shè)備。在回流焊之前檢測(cè)焊膏涂敷和元件貼裝,比在回流焊之后檢測(cè)更能降低成本,因?yàn)榛亓骱钢蟊汶y以進(jìn)行檢測(cè),而且所需設(shè)備也很昂貴。
要仔細(xì)選擇焊膏,因?yàn)閷?duì)BGA組裝,特別是對(duì)PBGA組裝來說,焊膏的組成并不總是很理想。必須使供應(yīng)商確保其焊膏不會(huì)形成焊點(diǎn)空穴。同樣,如果用水溶性焊膏,應(yīng)注意選擇封裝類型。
由于PBGA對(duì)潮氣敏感,因此在組裝之前要采取預(yù)處理措施。建議所有的封裝在24小時(shí)內(nèi)完成全部組裝和回流焊。器件離開抗靜電保護(hù)袋的時(shí)間過長將會(huì)損壞器件。CBGA對(duì)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(tǒng)SMD的步驟相同:
為每個(gè)元件建立一條溫度曲線;拆除元件;去除殘留焊膏并清洗這一區(qū)域;貼裝新的BGA器件。在某些情況下,BGA器件可以重復(fù)使用;回流焊。
當(dāng)然,這三種主要類型的BGA,都需要對(duì)工藝做稍微不同的調(diào)整。對(duì)于所有的BGA,溫度曲線的建立都是相當(dāng)重要的。不能嘗試省掉這一步驟。如果技術(shù)人員沒有合適的工具,而且本身沒有受過專門的培訓(xùn),就會(huì)發(fā)現(xiàn)很難去掉殘留的焊膏。過于頻繁地使用設(shè)計(jì)不良的拆焊編織帶,再加上技術(shù)人員沒有受過良好的培訓(xùn),會(huì)導(dǎo)致基板和阻焊膜的損壞。
建立溫度曲線
與傳統(tǒng)的SMD相比,BGA對(duì)溫度控制的要求要高得多。必須逐步加熱整個(gè)BGA封裝,使焊接點(diǎn)發(fā)生回流。
如果不嚴(yán)格控制溫度、溫度上升速率和保持時(shí)間(2℃/s至3℃/s),回流焊就不會(huì)同時(shí)發(fā)生,而且還可能損壞器件。為拆除BGA而建立一條穩(wěn)定的溫度曲線需要一定的技巧。設(shè)計(jì)人員并不是總能得到每個(gè)封裝的信息,嘗試方法可能會(huì)對(duì)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(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員主要依靠破壞性方法來確定適當(dāng)?shù)臏囟惹€。在PCB上鉆孔,使焊點(diǎn)暴露出來,然后將熱電偶連接到焊點(diǎn)上。這樣,就可以為每個(gè)被監(jiān)測(cè)的焊點(diǎn)建立一條溫度曲線。技術(shù)數(shù)據(jù)表明,印制板溫度曲線的建立是以一個(gè)布滿元件的印制板為基礎(chǔ)的,它采用了新的熱電偶和一個(gè)經(jīng)校準(zhǔn)的記錄元件,并在印制板的高、低溫區(qū)安裝了熱電偶。一旦為基板和BGA建立了溫度曲線,就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行編程,以便重復(fù)使用。
利用一些熱風(fēng)返修系統(tǒng),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(fēng)從噴嘴噴出,使焊膏回流,但不會(huì)損壞基板或周圍的元件。噴嘴的類型隨設(shè)備或技術(shù)人員的喜好而不同。一些噴嘴使熱風(fēng)在BGA器件的上部和底部流動(dòng),一些噴嘴水平移動(dòng)熱風(fēng),還有一些噴嘴只將熱風(fēng)噴在BGA的上方。也有人喜歡用帶罩的噴嘴,它可直接將熱風(fēng)集中在器件上,從而保護(hù)了周圍的器件。拆除BGA時(shí),溫度的保持是很重要的。關(guān)鍵是要對(duì)PCB的底部進(jìn)行預(yù)熱,以防止翹曲。拆除BGA是多點(diǎn)回流,因而需要技巧和耐心。此外,返修一個(gè)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(yīng)清洗返修區(qū)域。這一步驟只能以人工進(jìn)行操作,因此技術(shù)人員的技巧非常重要。如果清洗不充分,新的BGA將不能正確回流,基板和阻焊膜也可能被損壞而不能修復(fù)。
大批量返修BGA時(shí),常用的工具包括拆焊烙鐵和熱風(fēng)拆焊裝置。熱風(fēng)拆焊裝置是先加熱焊盤表面,然后用真空裝置吸走熔融焊膏。拆焊烙鐵使用方便,但要求技術(shù)熟練的人員操作。如果使用不當(dāng),拆焊烙鐵很容易損壞印制板和焊盤。
在去除殘留焊膏時(shí),很多組裝者喜歡用除錫編織帶。如果用合適的編織帶,并且方法正確,拆除工藝就會(huì)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,但是并不困難。用烙鐵和所選編織帶接觸需要去除的焊膏,使焊芯位于烙鐵頭與基板之間。烙鐵頭直接接觸基板可能會(huì)造成損壞。焊膏-焊芯BGA除錫編織帶專門用于從BGA焊盤和元件上去除殘留焊膏,不會(huì)損壞阻焊膜或暴露在外的印制線。它使熱量通過編織帶以最佳方式傳遞到焊點(diǎn),這樣,焊盤發(fā)生移位或PCB遭受損壞的可能性就降至最低。
由于焊芯在使用中的活動(dòng)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,然后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(xiǎn)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。去除殘留焊膏以后,用適當(dāng)?shù)娜軇┣逑催@一區(qū)域。可以用毛刷刷掉殘留的助焊劑。為了對(duì)新器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕亓骱福?a href=http://www.leetrading.com.cn/ target=_blank class=infotextkey>PCB必須很干凈。
貼裝器件
熟練的技術(shù)人員可以"看見"一些器件的貼裝,但并不提倡用這種方法。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(tǒng)。要用真空拾取管貼裝、校準(zhǔn)器件,并用熱風(fēng)進(jìn)行回流焊。此時(shí),預(yù)先編程且精密確定的溫度曲線很關(guān)鍵。在拆除元件時(shí),BGA最可能出故障,因此可能會(huì)忽視它的完整性。
重新貼裝元件時(shí),應(yīng)采用完全不同的方法。為避免損壞新的BGA,預(yù)熱(100℃至125℃)、溫度上升速率和溫度保持時(shí)間都很關(guān)鍵。與PBGA相比,CBGA能夠吸收更多的熱量,但升溫速率卻比標(biāo)準(zhǔn)的2℃/s要慢一些。
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