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标题: 一些专业BGA焊接技术的文章，大家一起研究！ [打印本页]

作者: ddfyu 时间: 2007-4-4 02:47
标题: 一些专业BGA焊接技术的文章，大家一起研究！
BGA元件的组装和返修

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封装和最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。最后，要想获得最具成本-效益的组装，也许关键还在于BGA返修人员。

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。

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。

大家如果感兴趣，我以后再多转点。

作者: ddfyu 时间: 2007-4-4 02:53
遗憾的是有些是打不开的，大家想看哪些回个贴。

BGA元器件及其返修工艺-1

BGA元器件及其返修工艺-2

BGA元器件及其返修工艺-3

微型BGA与CSP的返工工艺-1

微型BGA与CSP的返工工艺-2

微型BGA与CSP的返工工艺-3

微型BGA与CSP的返工工艺-4

新一代器件—BGA的组装与返修-1

新一代器件—BGA的组装与返修-2

新一代器件—BGA的组装与返修-2

新一代器件—BGA的组装与返修-3

新一代器件—BGA的组装与返修-4

新一代器件—BGA的组装与返修-5

PCB板芯片返修系统APR5000系列BGA工作台

修板及返修工艺目的

后附(手工焊)、修板及返修工艺要求

后附(手工焊)、修板及返修技术要求

焊点缺陷的修整

chip元件吊桥、元件移位的修整

作者: 张先生 时间: 2007-4-4 06:13
我想看，上面的一个也没能打开。

作者: dcdzzz 时间: 2007-4-4 07:47
上面应该只是个目录吧？能都传上来让我们学习学习更好呀。

作者: ddfyu 时间: 2007-4-4 16:09
重整锡球的工艺

　　BGA元件应该使用一个适当温度设定的热空气返修工具从PCB上取下。PCB的焊盘必须清洁，一旦过多的焊锡去掉后，在元件贴装之前应该在印刷。在元件贴装之后，PCB应该在一个适当的加热曲线下回流焊接。
　　BGA需要把任何过多的焊锡去掉，可通过焊锡清扫工具、吸锡带或使用焊接烙铁以一个角度在零件上通过来完成。以轻微的焊锡凸液面的形式留在BGA焊盘上的焊锡残留数量将不会太多增加锡球的体积。当去掉多余的焊锡时，在零件的中央加热，将热源以螺旋的形式在零件表面上移动，均匀地加热。
　　然后，BGA装入一个基座，该机基座有一个放于现在底朝上的、适当定好尺寸的模板。在模板调好与元件的水平后，用一把刮刀将锡膏印刷到模板的开孔内，多余的锡膏可用刮刀去掉(图二)。然后装配可放在热空气工具下面，用合适的喷嘴和温度设定，零件在加热作用下来回移动，直到锡膏回流并形成单块的锡球。同样，加热应该从中央开始，向外放射地或成螺旋状地移动，达到均匀加热的目的。
　　有时，由于模板未对准，锡球不会成球状或者不定位在焊盘中心。为了更正，取下模板，在热源下回流已上助焊剂的零件。焊锡将会成球形，并通过焊锡表面张力对中心。但这种技术，叫做“修整表面”，几乎很少需要。
　　BGA重整锡球(reballing)技术起作用是因为：
　　1、模板在大多数助焊剂条件下是焊锡不可熔湿的(non-wettable)，除了柑橘基(citrus-based)助焊剂配方。一旦焊锡粘住模板开孔，该板就不好了。使用推荐的助焊剂配方，模板简直可使用几百次，可能几千次，而不用更换。
　　2、因为当变成固体球时锡膏的体积缩小，缩小后开孔的半径大于球的半径，模板容易地从零件拿开 - 特别是清洗之后。
　　3、该模板的不锈钢合金是经过冷轧的，造成金属内单个晶粒的拉长。该金属只在一个方向弯曲，不管那面被加热。板的放置要使其被加热时向零件弯曲。这个金属的特性会使板推向零件，在每个BGA焊盘周围产生不漏焊锡的密封。这个“堤档”将保持焊锡不迁移到其它焊盘，因此达到均匀统一的锡球尺寸。
　　在BGA被清洁后，它可重新对位放置在准备好的PCB上，回流焊接，恢复电路板装配。

BGA返修系统的原理

普通热风SMD返修系统的原理是：采用非常细的热气流聚集到表面组装器件(SMD)的引脚和焊盘上，使焊点融化或使焊膏回流，以完成拆卸或焊接功能。拆卸同时使用一个装有弹簧和橡皮吸嘴的真空机械装置，当全部焊点熔化时将SMD器件轻轻吸起来。热风SMD返修系统的热气流是通过可更换的各种不同规格尺寸热风喷嘴来实现的。由于热气流是从加热头四周出来的，因此不会损坏SMD以及基板或周围的元器件，可以比较容易地拆卸或焊接SMD。
不同厂家返修系统的相异之处主要在于加热源不同，或热气流方式不同。有的喷嘴使热风在SMD器件的四周和底部流动，有一些喷嘴只将热风喷在SMD的上方。从保护器件的角度考虑，应选择气流在SMD器件的四周和底部流动比较好，为防止PCB翘曲还要选择具有对PCB底部进行预热功能的返修系统。
由于BGA的焊点在器件底部，是看不见的，因此重新焊接BGA时要求返修系统配有分光视觉系统(或称为底部反射光学系统)，以保证贴装BGA时精确对中。例如美国OK公司的BGA3000系列、瑞士ZEVAC公司的DRS22系列SMD焊接和解焊设备都带有分光视觉系统。

BGA重整锡球(一)

本文详细叙述了重整BGA锡球的必要条件和可选工具。
　　在处理球栅阵列(BGA, ball grid array)时，两个最常见的问题是，“我可以重新使用BGA元件吗？”“我怎样重整元件的锡球？”虽然这些明显是个关注，但现在很少有公司去重整锡球(reballing)。在开始之前，应该考虑以下事情。
　　元件的可用性
　　元件供应商应该回答这个问题，因为他们知道其元件可忍受多少次加热周期。假设装配在一块双面SMT的印刷电路板(PCB)上的BGA经过取下、重整锡球和重新贴装；很可能在这个工艺过程中，除了元件制造过程中任何锡球的回流之外，它要经受六次回流周期：
1. 回流装配 - 顶面。
2. 回流装配 - 底面。
3. 元件取下。
4. 从元件去掉过多的焊锡。
5. 回流新的锡球。
6. 元件重新贴装。
　　另一个考虑是，重整锡球过程中，处理元件以及潜在的静电放电(ESD)危害的次数。
　　在许多情况中，重整锡球过程由于增加劳动时间是没有商业效益的。在元件价值非常高的情况下，或者由于元件的来源有限，可能需要进行锡球重整(reball)。
　　重整锡球的方法
　　有两个基本方法最常于重整BGA的锡球：预成形(preform)和重整锡球的固定夹具(reballing fixture)。微型模板(micro-stencil)可用于对元件上助焊剂和上锡膏。
　　方法一
　　预成形(preform)。重整锡球的一个方法涉及使用焊锡预成形(通常配合元件的锡球阵列或者保持在纸张上或者结合在一起)。这些可从某些焊锡制造商那里获得。如果是共晶锡球，这些预成形需要在一个受控的环境(回流炉或头)使用助焊剂焊接于元件。高温、非熔化焊锡球需要使用丝印或滴注锡膏的方法来附着于元件。
　　使用BGA预成形附着锡球阵列的典型工艺步骤是：
　　清除焊锡残留。元件上的焊盘需要为重新安装锡球作准备。残留焊锡可用焊锡吸锡带(solder braid)清除，和装备有片状烙铁嘴的直接电力烙铁一起使用。用热的烙铁嘴在焊盘上一行一行地清除。操作员必须小心地保持吸锡带在烙铁嘴与板之间。旧的焊锡可以迅速去掉，而没有直接烙铁与基板接触的焊盘损伤的危险。随后，元件上的助焊剂残留应该用认可的溶剂清除，让焊盘区域清洁。
　　也有非接触式的焊锡清除方法，使用热空气或氮气来回流焊锡，同时使用真空管来将焊盘区域熔化的焊锡“吸走”。这个方法也可以是自动的形式或手工工具。虽然它较少接触焊盘，但可能更化时间，并且要求返工台上通常没有的专门设备。因此，这个方法可能成本效益低，使用不广泛。
　　上助焊剂。在放置之前，应该对焊盘区域使用滴涂(dispensing)、印刷(printing)或者更常用的刷涂(brush)方法来上适当的助焊剂。
　　预成形的放置。新的预成形的放置通常是手工操作，定位是通过边对齐或者一个夹具来将元件焊盘对准预成形。
　　回流。在上助焊剂和放置预成形之后，下一步就是回流焊接元件。回流应该是多区控制的，以符合使用的锡膏助焊剂的温度曲线。当回流周期完成后，新的锡球阵列应该已经成功安装。这时，载体(carrier)材料需要去掉，这可通过各种方法来完成。让载体浸泡在某种消除电离子的水中，用镊子撕掉，或用冲洗、批量清洁系统去掉。
　　然后，元件需要清除助焊剂残留，这可用几乎任何标准的水洗方法来完成。如果纸是用批量清洁或喷雾冲刷去掉的，那么本步骤就没有必要。如果使用免洗助焊剂凝胶，那么热的时候纸很容易撕掉。这样就不需要把纸浸泡掉，由于也不会需要预干燥，所以带来很大的效益。只有从上到下的完全对流回流才会工作顺利。如果顶部加热单独使用，那么试样将弓起，把锡球附着到元件边上。中心的锡球会正确焊接。
　　也应该注意，有些元件可能对潮湿敏感，因此在重新贴装到PCB之前要求预烘干。

BGA重整锡球（二）

方法二
　　重整锡球的夹具。这个方法通常涉及元件专门的模板和工具，允许锡膏或助焊剂印刷，并且在回流之前释放将要放入正确位置的锡球 - 还是在控制的环境中。锡膏供应商那里有不同尺寸的锡球及化学成分。
　　插图显示了用于印刷锡膏和非熔化、高温锡球的工艺过程。这些是用于陶瓷BGA (CBGA) 元件，通常为90/10的成分。
　　模板印刷。图一显示锡膏正印到元件上。元件固定在夹具内，锡膏通过化学蚀刻的模板手工印刷。
　　放锡球。在第二个阶段(图二)，已经取下锡膏印刷模板，换上可以决定每个锡球位置的较大模板。然后将松散的锡球倒在模板上，落入所希望的每个印刷焊盘的位置上。当所有开口都已充满后，将多余的锡球扫除。
　　回流。在所有锡球都放好后，元件已经准备好回流。图三所示的方法完全拿走了模板，使用从上面的强制对流来回流锡膏，焊接非熔化的锡球。
　　一些方法提倡在回流过程中留下锡球定位模板；由于锡球本来就会自己对中，所以这样作用很小或者没有作用。该模板也可能起隔热板的作用，会增加所要求的回流温度。
　　重整锡球之后的元件从夹具上取下，准备象正常的元件一样安装到PCB上。

作者: 风雪 时间: 2007-4-6 12:03

工艺可以哦

作者: 流云星星 时间: 2007-4-6 21:43
讲得太好了。。。。。。。。。

作者: 神话ソ杀手 时间: 2007-4-10 19:59
呵呵,还可以........

作者: 液晶俱乐部 时间: 2007-6-15 22:54
希望能看到更多的文章，楼主辛苦了。

作者: 地平线 时间: 2007-6-15 23:19
好文章~~~我想自己搞个BGA焊接机~

作者: 雅尼 时间: 2007-8-2 17:58
强烈支持楼主

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