SMT實用工藝基礎(chǔ)-BGA返修工藝
作者：博維科技 時間：2018-08-09 14:26
BGA返修工藝
13.1 BGA返修系統(tǒng)的原理
普通熱風(fēng)SMD返修系統(tǒng)的原理是：采用非常細(xì)的熱氣流聚集到表面組裝器件(SMD)的引腳和焊盤上，使焊點融化或使焊膏回流，以完成拆卸或焊接功能。拆卸同時使用一個裝有彈簧和橡皮吸嘴的真空機(jī)械裝置，當(dāng)全部焊點熔化時將SMD器件輕輕吸起來。熱風(fēng)SMD返修系統(tǒng)的熱氣流是通過可更換的各種不同規(guī)格尺寸熱風(fēng)噴嘴來實現(xiàn)的。由于熱氣流是從加熱頭四周出來的，因此不會損壞SMD以及基板或周圍的元器件，可以比較容易地拆卸或焊接SMD。
不同廠家返修系統(tǒng)的相異之處主要在于加熱源不同，或熱氣流方式不同。有的噴嘴使熱風(fēng)在SMD器件的四周和底部流動，有一些噴嘴只將熱風(fēng)噴在SMD的上方。從保護(hù)器件的角度考慮，應(yīng)選擇氣流在SMD器件的四周和底部流動比較好，為防止PCB翹曲還要選擇具有對PCB底部進(jìn)行預(yù)熱功能的返修系統(tǒng)。
由于BGA的焊點在器件底部，是看不見的，因此重新焊接BGA時要求返修系統(tǒng)配有分光視覺系統(tǒng)(或稱為底部反射光學(xué)系統(tǒng))，以保證貼裝BGA時精確對中。例如美國OK公司的BGA3000系列、瑞士ZEVAC公司的DRS22系列SMD焊接和解焊設(shè)備都帶有分光視覺系統(tǒng)。
13.2BGA的返修步驟
BGA的返修步驟與傳統(tǒng)SMD的返修步驟基本相同，具體步驟如下：
1.拆卸BGA
(1)將需要拆卸BGA的表面組裝板安放在返修系統(tǒng)的工作臺上。
(2)選擇與器件尺寸相匹配的四方形熱風(fēng)噴嘴，并將熱風(fēng)噴嘴安裝在上加熱器的連接桿上，要注意安裝平穩(wěn).
(3)將熱風(fēng)噴嘴扣在器件上，要注意器件四周的距離均勻，如果器件周圍有影響熱風(fēng)噴嘴操作的元件，應(yīng)先將這些元件拆卸，待返修完畢再焊上將其復(fù)位。
(4)選擇適合吸著需要拆卸器件的吸盤(吸嘴)，調(diào)節(jié)吸取器件的真空負(fù)壓吸管裝置高度，：降吸盤接觸器件的頂面，打開真空泵開關(guān)。
(5)設(shè)置拆卸溫度曲線，要注意必須根據(jù)器件的尺寸、PCB的厚度等具體情況設(shè)置拆卸溫度曲線，BGA的拆卸溫度與傳統(tǒng)的SMD相比，其設(shè)置溫度要高150℃左右。
(6)打開加熱電源，調(diào)整熱風(fēng)量。
(7)當(dāng)焊錫完全融化時，器件被真空吸管吸取。
(8)向上抬起熱風(fēng)噴嘴，關(guān)閉真空泵開關(guān)，接住被拆卸的器件。
2.去除PCB焊盤上的殘留焊錫并清洗這一區(qū)域；
(1)用烙鐵將PCB焊盤殘留的焊錫清理干凈、平整，可采用拆焊編織帶和扁鏟形烙鐵頭進(jìn)行清理，操作時注意不要損壞焊盤和阻焊膜。
(2)用異丙醇或乙醇等清洗劑將助焊劑殘留物清洗干凈。
3.去潮處理
由于PBGA對潮氣敏感，因此在組裝之前要檢查器件是否受潮，對受潮的器件進(jìn)行去潮處理。
(1)去潮處理方法和要求：
開封后檢查包裝內(nèi)附的濕度顯示卡，當(dāng)指示濕度>20％(在23℃±5℃時讀取)，說明器件已經(jīng)受潮，在貼裝前需對器件進(jìn)行去潮處理。去潮的方法可采用電熱鼓風(fēng)干燥箱，在125±℃下烘烤12-20h。
(2)去潮處理注意事項：
(a)應(yīng)把器件碼放在耐高溫(大于150℃)防靜電塑料托盤中進(jìn)行烘烤。
(b)烘箱要確保接地良好，操作人員手腕帶接地良好的防靜電手鐲。
4.印刷焊膏
因為表面組裝板上已經(jīng)裝有其他元器件，因此必須采用BGA專用小模板，模板厚度與開口尺寸要根據(jù)球徑和球距確定，印刷完畢必須檢查印刷質(zhì)量，如不合格，必須清洗后重新印刷。
5.貼裝BGA
BGA器件一般情況可以重復(fù)使用，但必須進(jìn)行置球處理后才能使用(見13.3BGA置球工藝介紹)。貼裝BGA器件的步驟如下：
(1)將印好焊膏的表面組裝板安放在返修系統(tǒng)的工作臺上。
（2）選擇適當(dāng)?shù)奈?，打開真空泵。將BGA器件吸起來，用攝像機(jī)頂部光源照PCB上印好焊膏的BGA焊盤，調(diào)節(jié)焦距使監(jiān)視器顯示的圖像最清晰，然后拉出BGA專用的反射光源，照BGA器件底部并使圖像最清晰，然后調(diào)整工作臺的X、Y、9(角度)旋鈕，使BGA器件底部圖像與PCB焊盤圖像完全重合，大尺寸的BGA器件可采用裂像功能。
(3)BGA器件底部圖像與PCB焊盤圖像完全重合后將吸嘴向下移動，把BGA器件貼裝到PCB上，然后關(guān)閉真空泵。
6.再流焊接
(1)設(shè)置焊接溫度曲線。根據(jù)器件的尺寸、PCB的厚度等具體情況設(shè)置焊接溫度曲線，為避免損壞BGA器件，預(yù)熱溫度控制在100-125℃，升溫速率和溫度保持時間都很關(guān)鍵，升溫速率控制在l-2℃／s， BGA的焊接溫度與傳統(tǒng)的SMD相比其設(shè)置溫度要高15℃左右，PCB底部預(yù)熱溫度控制在160℃左右。
(2)選擇與器件尺寸相匹配的四方形熱風(fēng)噴嘴，并將熱風(fēng)噴嘴安裝在上加熱器的連接桿上，要注意安裝平穩(wěn)。
(3)將熱風(fēng)噴嘴扣在BGA器件上，要注意器件四周的距離均勻；
(4)打開加熱電源，調(diào)整熱風(fēng)量，開始焊接。
(5)焊接完畢，向上抬起熱風(fēng)噴嘴，取下PCB板。
7.檢驗
BGA的焊接質(zhì)量檢驗需要X光或超聲波檢查設(shè)備，在沒有檢查設(shè)備的情況下，可通過功能測試判斷焊接質(zhì)量，還可以把焊好BGA的表面組裝板舉起來，對光平視BGA四周，觀察焊膏是否完全融化、焊球是否塌陷、BGA四周與PCB之間的距離是否一致，以經(jīng)驗來判斷焊接效果。
13.3BGA植球工藝介紹
經(jīng)過拆卸的BGA器件一般情況可以重復(fù)使用，但由于拆卸后BGA底部的焊球受到不同程度的破壞，因此必須進(jìn)行植球處理后才能使用。根據(jù)植球的工具和材料的不同，其植球的方法也有所不同，不管采用什么方法，其工藝過程是相同的，具體步驟如下：
1.去除BGA底部焊盤上的殘留焊錫并清洗
(1)用烙鐵將BGA底部焊盤殘留的焊錫清理干凈平整，可采用拆焊編織帶和扁鏟形烙鐵頭進(jìn)行清理操作時注意不要損壞焊盤。
(2)用異丙醇或乙醇等清洗劑將助焊劑殘留物清洗干凈。 。
2.在BGA底部焊盤上印刷助焊劑(或焊膏)
(1)一般情況采用采用高粘度的助焊劑，起到粘接和助焊作用，應(yīng)保證印刷后助焊劑圖形清晰、不漫流。有時也可以采用焊膏代替，采用焊膏時焊膏的金屬組分應(yīng)與焊球的金屬組分相匹配。
(2)印刷時采用BGA專用小模板，模板厚度與開口尺寸要根據(jù)球徑和球距確定，印刷完畢必須檢查印刷質(zhì)量，如不合格，必須清洗后重新印刷。
3.選擇焊球
選擇焊球時要考慮焊球的材料和球徑的尺寸。目前PBGA焊球的焊膏材料一般都是63Sn／37Pb，與目前再流焊使用的材料是一致的，必須選擇與BGA器件焊球材料相匹配焊球。
焊球尺寸的選擇也很重要，如果使用高粘度助焊劑，應(yīng)選擇與BGA器件焊球相同直徑的焊球；如果使用焊膏，應(yīng)選擇比BGA器件焊球直徑小一些的焊球。
4.植球方法一(采用植球器)
(1)如果有植球器，選擇—塊與BFaA焊盤匹配的模板，模板的開口尺寸應(yīng)比焊球直徑大0.05-0.1mm，將焊球均勻地撒在模板上，搖晃植球器，把多余的焊球從模板上滾到植球器的焊球收集槽中，使模板表面恰好每個漏孔中保留一個焊球。
(2)把置球器放置在BGA返修設(shè)備的工作臺上，把印好助焊劑或焊膏的BGA器件吸在BGA返修設(shè)備的吸嘴上(焊盤面向下)。
(3)按照13.2.5貼裝BGA的方法進(jìn)行對準(zhǔn)，使BGA器件底部圖像與置球器模板表面每個焊球圖像完全重合。
(4)將吸嘴向下移動，把BGA器件貼裝到置球器模板表面的焊球上，然后將BGA器件吸起來，此時焊球被粘到BGA器件底面。
(5)用鑷子夾住BGA器件的外邊框，關(guān)閉真空泵。
(6)將BGA器件的焊球面向上放置在BGA返修設(shè)備的工作臺上。
5.置球方法二(沒有置球器時可采用以下方法)
(1）把印好助劑或焊膏的BGA器件放置在工作臺上。
(2)準(zhǔn)備—塊與BGA焊盤匹配的模板，模板的開口尺寸應(yīng)比焊球直徑大0.05-0.1mm；把模板四周用墊塊架高，放置在印好助焊劑或焊膏的BGA器件上方，使模板與BGA之間的距離等于或略小于焊球的直徑，在顯微鏡下或在BGA返修設(shè)備上對準(zhǔn)。
(3)將焊球均勻地撒在模板上，把多余的焊球用鑷子從模板上撥(取)下來，使模板表面恰好每個漏孔中保留一個焊球。
(4)移開模板(個別沒有放置好的地方，可用鑷子或用小吸嘴的吸筆補(bǔ)完整)。
6.再流焊接
按照前述(參見13.2.6)方法進(jìn)行再流焊接。焊接時BGA器件的焊球面向上，要把熱風(fēng)量調(diào)到最小，以防把焊球吹移位，再流焊溫度也要比焊接BGA時略低一些。經(jīng)過再流焊處理后，焊球就固定在BGA器件上了。
7.完成置球工藝后，應(yīng)將BGA器件清洗干凈，并盡快進(jìn)行貼裝和焊接，以防焊球氧化和器件受潮。
