SMT實用工藝基礎-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返修系統的原理
普通熱風SMD返修系統的原理是：采用非常細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械裝置，當全部焊點熔化時將SMD器件輕輕吸起來。熱風SMD返修系統的熱氣流是通過可更換的各種不同規格尺寸熱風噴嘴來實現的。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。有的噴嘴使熱風在SMD器件的四周和底部流動，有一些噴嘴只將熱風噴在SMD的上方。從保護器件的角度考慮，應選擇氣流在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底部進行預熱功能的返修系統。
由于BGA的焊點在器件底部，是看不見的，因此重新焊接BGA時要求返修系統配有分光視覺系統(或稱為底部反射光學系統)，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焊接和解焊設備都帶有分光視覺系統。
13.2BGA的返修步驟
BGA的返修步驟與傳統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的工作臺上。
(2)選擇與器件尺寸相匹配的四方形熱風噴嘴，并將熱風噴嘴安裝在上加熱器的連接桿上，要注意安裝平穩.
(3)將熱風噴嘴扣在器件上，要注意器件四周的距離均勻，如果器件周圍有影響熱風噴嘴操作的元件，應先將這些元件拆卸，待返修完畢再焊上將其復位。
(4)選擇適合吸著需要拆卸器件的吸盤(吸嘴)，調節吸取器件的真空負壓吸管裝置高度，：降吸盤接觸器件的頂面，打開真空泵開關。
(5)設置拆卸溫度曲線，要注意必須根據器件的尺寸、PCB的厚度等具體情況設置拆卸溫度曲線，BGA的拆卸溫度與傳統的SMD相比，其設置溫度要高150℃左右。
(6)打開加熱電源，調整熱風量。
(7)當焊錫完全融化時，器件被真空吸管吸取。
(8)向上抬起熱風噴嘴，關閉真空泵開關，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，對受潮的器件進行去潮處理。
(1)去潮處理方法和要求：
開封后檢查包裝內附的濕度顯示卡，當指示濕度>20％(在23℃±5℃時讀取)，說明器件已經受潮，在貼裝前需對器件進行去潮處理。去潮的方法可采用電熱鼓風干燥箱，在125±℃下烘烤12-20h。
(2)去潮處理注意事項：
(a)應把器件碼放在耐高溫(大于150℃)防靜電塑料托盤中進行烘烤。
(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球徑和球距確定，印刷完畢必須檢查印刷質量，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使用，但必須進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的工作臺上。
（2）選擇適當的吸嘴，打開真空泵。將BGA器件吸起來，用攝像機頂部光源照PCB上印好焊膏的BGA焊盤，調節焦距使監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，然后關閉真空泵。
6.再流焊接
(1)設置焊接溫度曲線。根據器件的尺寸、PCB的厚度等具體情況設置焊接溫度曲線，為避免損壞BGA器件，預熱溫度控制在100-125℃，升溫速率和溫度保持時間都很關鍵，升溫速率控制在l-2℃／s， BGA的焊接溫度與傳統的SMD相比其設置溫度要高15℃左右，PCB底部預熱溫度控制在160℃左右。
(2)選擇與器件尺寸相匹配的四方形熱風噴嘴，并將熱風噴嘴安裝在上加熱器的連接桿上，要注意安裝平穩。
(3)將熱風噴嘴扣在BGA器件上，要注意器件四周的距離均勻；
(4)打開加熱電源，調整熱風量，開始焊接。
(5)焊接完畢，向上抬起熱風噴嘴，取下PCB板。
7.檢驗
BGA的焊接質量檢驗需要X光或超聲波檢查設備，在沒有檢查設備的情況下，可通過功能測試判斷焊接質量，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，以經驗來判斷焊接效果。
13.3BGA植球工藝介紹
經過拆卸的BGA器件一般情況可以重復使用，但由于拆卸后BGA底部的焊球受到不同程度的破壞，因此必須進行植球處理后才能使用。根據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球徑和球距確定，印刷完畢必須檢查印刷質量，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，應選擇與BGA器件焊球相同直徑的焊球；如果使用焊膏，應選擇比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返修設備的吸嘴上(焊盤面向下)。
(3)按照13.2.5貼裝BGA的方法進行對準，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，關閉真空泵。
(6)將BGA器件的焊球面向上放置在BGA返修設備的工作臺上。
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)準備—塊與BGA焊盤匹配的模板，模板的開口尺寸應比焊球直徑大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返修設備上對準。
(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完整)。
6.再流焊接
按照前述(參見13.2.6)方法進行再流焊接。焊接時BGA器件的焊球面向上，要把熱風量調到最小，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，應將BGA器件清洗干凈，并盡快進行貼裝和焊接，以防焊球氧化和器件受潮。
