BGA芯片焊接技术分析ppt

  技术难点 在实际的工作当中，会遇到不同大小，不同厚度的PC不同大小的BGA，有采用无铅焊接的也有采用有铅焊接的。它们采用的温度曲线也不同。因此，不可能用一种温度曲线来焊接所有的BGA。如何根据条件的不同来设定不同的温度曲线，这就是在BGA焊接过程中的关键。 BGA设备设定测试温度曲线的时候，都是在空调环境下进行的，也就是说不是常温。夏天和冬天空调造成温度和常温不符合，因此在设定BGA温度曲线的时候会偏高或偏低。所以在每次进行焊接的时候，都要测试实际温度是不是满足所设定的温度值。温度设定的原理是首先根据是有铅焊接或者无铅焊接设定相应温度，然后用温度计（或者热电偶）测试实际温度，然后根据实际温度调节设定的温度，使之达到最理想的温度进行焊接。在焊接的过程中，焊膏最好用免清洗的无铅焊膏，不要选用助焊剂。一定要保证BGA返修工作站，PCB，BGA在同一水平线上，焊接过程中不能发生震动，不然会使锡球融化的时候发生桥接，造成短路。 BGA故障 不能同时熔锡的问题分析 “ ” BGA芯片焊接技术 BGA 称为： BALL GRID ARRAY PACKAGE 球栅阵列封装 大范围的应用于集成电路的封装。 采用的工艺原理 对于BGA的焊接，一般都会采用BGA返修设备做焊接的。不同厂商生产的BGA返修工作站采用的工艺原理略有不同，但大致是相同的。这里先介绍一下温度曲线的概念。BGA上的锡球，分为无铅和有铅两种。有铅的锡球熔点在183℃～220℃，无铅的锡球熔点在235℃～245℃. 主板芯片组有铅无铅分辨 BGA加热示例图（有铅温度值） 典型的有铅回焊曲线图 保持 斜度 预热区 保温区／吸热区 保温区／吸热区 顶峰值 坐标值 斜度 冷却区 8500GT无铅加焊温度曲线图 从以上两个曲线能够准确的看出，焊接大致分为预热，保温，回流，冷却四个区间（不同的BGA返修工做站略有不同）无论有铅焊接还是无铅焊接，锡球融化阶段都是在回流区，只是温度不一样，回流以前的曲线可以看作一个缓慢升温和保温的过程。明白了这个基础原理，任何BGA返修工作站都可以以此类推。 介绍一下这几个温区： 1、预热区：也叫斜坡区,用来将PCB的温度从周围环境和温度提升到所须的活性温度。在这个区,电路板和元器件的热容不同,他们的实际温度提升速率不同。电路板和元器件的温度应不超过每秒2～5℃速度连续上升,如果过快,会产生热冲击,电路板和元器件都可能受损,如陶瓷电容的细微裂纹。而温度上升太慢,焊膏会感温过度,溶剂挥发不充分,影响焊接质量。炉的预热区一般占整个加热区长度的15～25 %。 2、保温区：有时叫做干燥或浸湿区,这个区一般占加热区的30 ～ 50 %。活性区的最大的目的是使PCB上各元件的温度趋于稳定,最好能够降低温差。在这个区域里给予足够的时间使热容大的元器件的温度赶上较小元件,并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到活性区结束,焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去,整个电路板的温度达到平衡。应注意的是PCB上所有元件在这一区结束时应具有相同的温度,否则进入到回流区将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。一般普遍的活性温度范围是120～150℃,如果活性区的温度设定太高,助焊剂（膏）只有少数的时间活性化,温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。虽然有的焊膏制造商允许活性化期间一些温度的增加,但是理想的温度曲线、回流区：有时叫做峰值区或最后升温区,这个区的作用是将PCB的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点,而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是焊膏合金的熔点温度加40℃左右,回流区上班时间范围是20 - 50S。这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2～5℃,或使回流峰值温度比推荐的高,或上班时间太长可能会导致PCB的过分卷曲、脱层或烧损,并损害元件的完整性。回流峰值温度比推荐的低,上班时间太短也许会出现冷焊等缺陷。4、冷却区：这个区中焊膏的锡合金粉末已经熔化并充分润湿被连接表面,应该用尽可能快的速度来进行冷却,这样将有利于合金晶体的形成,得到明亮的焊点,并有较好的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的杂质更多分解而进入锡中,由此产生灰暗粗糙的焊点。在极端的情形下,其可能会导致沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段降温速率一般为3～10 ℃/ S。 焊接工艺 1、干燥除潮，在焊接BGA之前，PCB和BGA都要在80℃～90℃，10～20小时的条件下在恒温烤箱中烘烤，目的是除潮，更具受潮程度不同适当调节烘烤温度和时间。没有拆封的PCB和BGA可以直接进行焊接。 2、对位，在焊接BGA之前，要将BGA准确的对准在PCB上的焊盘上。这里采用两种方法：光学对位和手工对位。目前主要是采用的手工对位，即将BGA的四周和PCB上焊盘四周的丝印线对齐。在把BGA和丝印线对齐的过程中，及时没有完全对齐，即使锡球和焊盘偏离30%左右，依然能够直接进行焊接。因为锡球在融化过程中，会因为它和焊盘之间的张力而自动和焊盘对齐。 3、固定主板，在完成对齐的操作以后，将PCB放在BGA返修工作站的支架上，将其固定，使其和BGA返修工作站水平。 4、选择正真适合的热风喷嘴（即喷嘴大小比BGA大小略大），进而选择对应的温度曲线，启动焊接，待温度曲线完毕，冷却，便完成了BGA的焊接。 拆焊工艺 1、BGA返修设备一样能完成拆卸BGA的工作。拆卸BGA可以看作是焊接BGA的逆向过程。所不同的是，待温度曲线完毕后，要用真空吸笔将BGA吸走，之所以不用其他工具，比如镊子，是因为要避免因为用力过大损坏焊盘。 2将取下BGA的PCB趁热进行除锡操作（将焊盘上的锡除去），趁热操作是因为热的PCB相当于预热的功能，能够保证除锡的工作更容易。这里建议还是不要用吸锡线，因为吸锡线容易破坏PCB板的绝缘漆，用铬铁除平就可以了，操作的流程中不要用力过大，以免损坏焊盘，保证PCB上焊盘平整后，便能够直接进行焊接BGA的操作了。 若需要对BGA重新焊接，那就有必要进行植球，植球需要的基本工具就是钢网和吸锡线。 植球 第一步——除去锡球 ??? 用吸锡线和烙铁从BGA上移除锡球。把烙铁放在吸锡线上面在你把BGA表面划动洗锡线之前，让烙铁加热吸锡线并且熔化锡球。 注意:不要让烙铁压在表面上。过多的压力会让表面上产生裂缝者刮掉焊盘。为了达到最好的效果，最好用吸锡线一次就通过BGA表面。要求是要使BGA表面十分光滑，无任何毛刺（锡形成的）。 第二步——清洗 立即用洗板水清理BGA表面，在这样一个时间段及时清洗整理能使残留助焊膏更容易除去。利用摩擦运动除去在BGA表面的助焊膏。保持移动清洗。清洗的时候总是从边缘开始，不要忘了角落。清洗每一个BGA时要用干净的溶剂 第三步——检查 观察干净的焊盘，损坏的焊盘及没有移除的锡球。 注意:由于助焊剂的腐蚀性，推荐如果没有立即进行植球要进行额外清洗 第四步——过量清洗 为了达到最好的清理洗涤效果，用洗板水在BGA封装表面的一个方向朝一个角落进行来回洗。循环擦洗。冲洗。这有助于残留的焊膏从BGA表面移除去。 第五步——接下来让BGA在空气中风干。反复检查BGA表面。要重新植球的BGA表面要非常干净，不能留有什么杂质，否则将造成植珠失败。 注意：不推荐把BGA放在水里浸泡太长的时间。?????? 在进行完以上操作后，就可以植球了。 第六步——植球 钢网的作用就应该很容易的将锡球放到BGA对应的焊盘上。植球台的作用就是将BGA上锡球熔化，使其固定在焊盘上。植球的时候，首先在BGA表面（有焊盘的那面）均匀的涂抹一层助焊膏（剂），涂抹量要做到不多不少。涂抹量多了或者少了都可能会造成植球失败。将钢网（这里采用的是万能钢网）上每一个孔与BGA上每一个焊盘对齐。然后将锡球均与的倒在钢网上，用毛刷或其他工具将锡球拨进钢网的每一个孔里，锡球就会顺着孔到达BGA的焊盘上。进行完这一步后，仔细检查有没有和焊盘没对齐的锡球，如果有，用针头将其拨正。小心的将钢网取下，将BGA放在高温纸上，放到植球台上。植球台的温度设定是依据有铅锡球220℃，无铅锡球235℃来设定的。植球的时间不是固定的。其实就是根据当BGA上锡球都熔化并表面发亮，成完整的球形的时候来判定的，这些通过肉眼来观察。可以记录达到这样的状态所用时间，下次植球按照这一个时间进行即可。 BGA植球是一个需要耐心和细心的工作，做相关操作的时候要仔细认真。 “ ”

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