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BGA贴装与返修的基本知识

作者:效时BGA返修台来源:深圳效时实业有限公司 日期:2015年11月26日 19:50

一.理论知识

1. BGA定义

BGA:Ball Grid Array 的缩写,中文名称:球栅阵列封装器件。

2 .BGA封装分类:

PBGA——塑料封装:

CBGA ——陶瓷封装

TBGA ——载带状封装

CSP: Chip Scale Package或μBGA──芯片尺寸的封装

QFP: 四边扁平封装。 封装间距:0.3mm  0.4mm

3.BGA保存环境:20-25℃ ,<10%RH

4.PBGA

(1)用途:应用于消费及通信产品上

(2)缺点:

①与环氧树脂PCB的热膨胀系数相匹配,热性能好。

②焊接表面平整,容易控制。

③成本低。

④电气性能良好。⑤组装质量高。

(3)缺点:PBGA容易吸潮。

要求:开封的PBGA要求在8小时内使用。

分析:普通的PBGA容易吸收空气中的水分,在焊接时迅速升温,使芯片内的潮气汽化导致芯片损坏。

拆封后的使用期限由芯片的潮湿敏感性等级所决定。见表1。

5.CBGA

成分:Pb90Sn10

熔点:302℃

特点:通过低熔点焊料附着到陶瓷载体上,然后这种器材通过低熔点焊料连接到PCB上,不会发生再流现象。再流焊接峰值温度:210-225℃

缺点:与PCB的热膨胀系数不匹配,容易造成热疲劳失效;热可靠性差;成本高。

优点:共面性好,易于焊接,对湿气不敏感存储时间长

5 TBGA

焊锡球直径:0.76㎜ 球间距:1.17㎜与CBGA相比,TBGA对环境温度控制严格,因芯片受热时,热张力集中在四个角,焊接容易有缺陷。

6.锡球

焊球间距:1.27mm、1.0mm、0.8mm、0. 6mm;

焊球直径:0.76mm、0.6mm、0.4mm、0.3mm;

有铅熔点183℃;无铅熔点217℃

注意事项:锡球需储藏与清洁干爽的环境,不可用手或其他物品接触它,以防止锡球变形或受油脂污染。未开封的锡球可保存一年。

7.无铅锡与有铅锡的主要区别

(1)熔点不一样。(有铅183℃无铅217℃)

(2)有铅流动性好,无铅较差。

(3)危害性。无铅即环保,有铅非环保。

二、注意事项

1.预热定义:预热是将整个组件加热到低于焊料的熔点和再流焊的温度。

预热的好处:活化焊剂,去除待焊金属表面的氧化物和表面膜以及焊剂本身的挥发物,增强润湿效果,减小上下PCB的温差,防止热损坏,去除湿气,防止爆米花现象,减少温差。

预热方法:将PCB放进恒温箱8~20小时,温度设定在80~100℃(根据PCB大小设置)。

2.“爆米花”:指存在于一块集成电路或SMD器件内部的湿气在焊接过程中迅速受热,使湿气膨胀,出现微崩裂现象。

3.热损坏包括:焊盘引线翘曲;基板脱层,生白斑,起泡或变色。产生基板内部翘曲和其电路元件衰减等“隐形”问题,原因来自于不同材料不同的膨胀系数。

4.贴装或返修中PCB组建预热的三个方法:

烘箱:可烤掉BGA内部湿气,防止爆米花等现象

热板:因其热板内的残余热量阻碍焊点的冷却速度,导致铅的析出,形成铅液池,使焊点强度降低和变差,故不采用此方法。

热风槽:不考虑PCB组件的外形和底部结构,使热风能直接迅速的进入PCB组件的所有角落和裂缝中,使PCB加热均匀,且缩短了加热时间。

5.本公司采用烘箱预热的方法。

6.钢网知识:钢网孔径比锡球的直径大一个丝,如0.6㎜的锡球,钢网孔径应做0.7㎜,厚度0.25㎜

7.短路

当锡球达到熔点时是处于液体状态的,如果过长的时间或过高的温度和压力都会造成锡球的表面张力和支撑作用被破坏,从而导致在回焊时芯片完全落在PCB焊盘上而出现短路现象,因此我们需要适当减少最后一段温区的焊接温度和时间,或者降低底部预热温度。

8.空焊

由于手工对位会使芯片与焊盘之间产生偏位,锡球的表面张力作用会使BGA芯片和焊盘之间有个自动校正的过程。因为加热的不均匀落下,导致芯片不均匀地下降,或过早抵达回流的一边或一角倾斜。如果在此时停止回焊,该芯片将不能正常落下,产生不共面性导致空焊假焊的现象,因此我们需要延长最后一段温区的温度和时间,或者增加底部的预热温度,让锡球熔化均匀地下降。

三、BGA的贴装

BGA是利用整个底部焊锡球来与电路板连接,这样极大地提高了器件的I/O数,缩短了信号传输路径,具有良好的散热性能。由于引线短。导线的自感和导线间的互感很低,频率特性好。回流焊时,熔融的焊球与焊膏之间的润湿力作用会产生良好的自对中效果,允许有1/3的贴片偏差。

虽然BGA的焊点隐藏在封装之下,可以节省大量空间,但是因其管脚非常密集,无法直接目测进行检验;且触点易老化,焊点面积小,所能承受的机械应力不够。

1) 烘烤

首先要根据包装的说明确定BGA元器件是否需要进行烘烤。对于长时间放置在空气中的BGA元器件要适度烘烤以保证其焊接质量。

2) 贴片

电阻、电容、SOIC等元器件都可以完成手工贴片过程,而BGA必须要用专用的设备才能完成其贴片过程。

3) 丝印

电阻、电容、SOIC等元器件可以采用相关设备进行手工点膏来完成焊膏“丝印”过程,而BGA器件则需要专门的模板来实现焊膏印刷过程。

4) 焊接

BGA器件无法用手工焊接来完成,只能依托于特点的设备,如再流焊炉、BGA返修工作站等完成焊接过程。

5) 检验

BGA装配后无法直接使用肉眼检验,只能借助于x-ray设备的X射线完成检验过程,从而确定是否存在桥接、空洞、锡渣等焊接缺陷。

四、BGA返修工艺

1.PCB、BGA芯片预热。

2.拆除BGA芯片。

3.清洁焊盘。

4.BGA芯片植锡球。

5.BGA芯片锡球焊接。

6.涂布助焊膏。

7.贴装BGA芯片。

8.热风再流焊接。

根据以上步骤,我们必须掌握以下知识:

1、预热:

PCB和BGA在返修前预热,恒温烘箱温度一般设定在80℃~100℃,时间为8~20小时,以去除PCB和BGA内部的潮气,杜绝返修加热时产生爆裂现象。

2、拆卸:

将PCB放到返修站定位支架上,选择合适的热风回流喷嘴和设定合适的焊接温度曲线,点动启动开关,待程序运行结束后,手动移开热风头,然后用真空吸笔将BGA吸走。

3、清理焊盘:

PCB和BGA焊盘清理,一是用吸锡线来拖平,二是用烙铁直接拖平;最好在BGA拆下的较短时间内去除焊锡,这时PBA还未完全冷却,温差对焊盘的损伤较小;在去除焊锡的过程中使用助焊剂,可提高焊锡活性,有利于焊锡的去除。为了保证BGA的焊接可靠性,在清洗焊盘残留焊膏时尽量使用一些挥发性强的溶剂,洗板水、工业酒精。

4、BGA植珠:

在BGA焊盘上用毛刷均匀适量涂上助焊膏,选择对应的植珠钢网,用植珠台将BGA锡珠种植在BGA对应的焊盘上。

5、BGA锡珠焊接:

在锡珠焊接台或返修台的底部加热区上加热,将锡珠焊接在BGA的焊盘上。

6、涂布助焊膏:

在PCB的焊盘上用毛刷涂上一层助焊膏,如涂过多会造成短路,反之,则容易空焊,所以焊膏涂布一定要均匀适量,以去除BGA锡球上的灰尘杂质,增强焊接效果

7、贴装:

将BGA对正贴装在PCB上;采用手工对位时,以丝印框线作为辅助对位,锡球与焊盘上的锡面可以通过手感确认BGA是否对中贴装,同时使再流熔化时焊点之间的张力产生良好的自对中效

果。

8、焊接:

将贴装好BGA的PCB放到定位支架上,将热风头下移到工作位置,选择合适的热风回流喷嘴和设定合适的焊接温度曲线,启动加热点动开关,运行焊接程序,待程序运行结束后,此时正方冷却风扇开始对BGA进行冷却,此时将上方热风头提升,使热风喷嘴底部距离BGA上表面8~10㎜,并保持冷却30~40秒,或者待启动开关灯灭后,移开热风头,再将PCB从下加热区定位架上平稳取走。

(最终解释权归效时实业有限公司所有)

2015年10月28号 

所属类别: 技术信息

该资讯的关键词为:BGA贴装、BGA翻新,BGA返修, 

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