BGA元件的组装和返修 - 全文

　　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。

　　两种最常见的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的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至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到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最佳方式传递到焊点，这样，焊盘发生移位或PCB遭受损坏的可能性就降至最低。

　　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至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最低。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最可能出故障，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℃至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。