SMT实用工艺基础-BGA返修工艺
作者：博维科技 时间：2018-08-09 14:26
BGA返修工艺
13.1 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。
13.2BGA的返修步骤
BGA的返修步骤与传统SMD的返修步骤基本相同，具体步骤如下：
1.拆卸BGA
(1)将需要拆卸BGA的表面组装板安放在返修系统的工作台上。
(2)选择与器件尺寸相匹配的四方形热风喷嘴，并将热风喷嘴安装在上加热器的连接杆上，要注意安装平稳.
(3)将热风喷嘴扣在器件上，要注意器件四周的距离均匀，如果器件周围有影响热风喷嘴操作的元件，应先将这些元件拆卸，待返修完毕再焊上将其复位。
(4)选择适合吸着需要拆卸器件的吸盘(吸嘴)，调节吸取器件的真空负压吸管装置高度，：降吸盘接触器件的顶面，打开真空泵开关。
(5)设置拆卸温度曲线，要注意必须根据器件的尺寸、PCB的厚度等具体情况设置拆卸温度曲线，BGA的拆卸温度与传统的SMD相比，其设置温度要高150℃左右。
(6)打开加热电源，调整热风量。
(7)当焊锡完全融化时，器件被真空吸管吸取。
(8)向上抬起热风喷嘴，关闭真空泵开关，接住被拆卸的器件。
2.去除PCB焊盘上的残留焊锡并清洗这一区域；
(1)用烙铁将PCB焊盘残留的焊锡清理干净、平整，可采用拆焊编织带和扁铲形烙铁头进行清理，操作时注意不要损坏焊盘和阻焊膜。
(2)用异丙醇或乙醇等清洗剂将助焊剂残留物清洗干净。
3.去潮处理
由于PBGA对潮气敏感，因此在组装之前要检查器件是否受潮，对受潮的器件进行去潮处理。
(1)去潮处理方法和要求：
开封后检查包装内附的湿度显示卡，当指示湿度>20％(在23℃±5℃时读取)，说明器件已经受潮，在贴装前需对器件进行去潮处理。去潮的方法可采用电热鼓风干燥箱，在125±℃下烘烤12-20h。
(2)去潮处理注意事项：
(a)应把器件码放在耐高温(大于150℃)防静电塑料托盘中进行烘烤。
(b)烘箱要确保接地良好，操作人员手腕带接地良好的防静电手镯。
4.印刷焊膏
因为表面组装板上已经装有其他元器件，因此必须采用BGA专用小模板，模板厚度与开口尺寸要根据球径和球距确定，印刷完毕必须检查印刷质量，如不合格，必须清洗后重新印刷。
5.贴装BGA
BGA器件一般情况可以重复使用，但必须进行置球处理后才能使用(见13.3BGA置球工艺介绍)。贴装BGA器件的步骤如下：
(1)将印好焊膏的表面组装板安放在返修系统的工作台上。
（2）选择适当的吸嘴，打开真空泵。将BGA器件吸起来，用摄像机顶部光源照PCB上印好焊膏的BGA焊盘，调节焦距使监视器显示的图像最清晰，然后拉出BGA专用的反射光源，照BGA器件底部并使图像最清晰，然后调整工作台的X、Y、9(角度)旋钮，使BGA器件底部图像与PCB焊盘图像完全重合，大尺寸的BGA器件可采用裂像功能。
(3)BGA器件底部图像与PCB焊盘图像完全重合后将吸嘴向下移动，把BGA器件贴装到PCB上，然后关闭真空泵。
6.再流焊接
(1)设置焊接温度曲线。根据器件的尺寸、PCB的厚度等具体情况设置焊接温度曲线，为避免损坏BGA器件，预热温度控制在100-125℃，升温速率和温度保持时间都很关键，升温速率控制在l-2℃／s， BGA的焊接温度与传统的SMD相比其设置温度要高15℃左右，PCB底部预热温度控制在160℃左右。
(2)选择与器件尺寸相匹配的四方形热风喷嘴，并将热风喷嘴安装在上加热器的连接杆上，要注意安装平稳。
(3)将热风喷嘴扣在BGA器件上，要注意器件四周的距离均匀；
(4)打开加热电源，调整热风量，开始焊接。
(5)焊接完毕，向上抬起热风喷嘴，取下PCB板。
7.检验
BGA的焊接质量检验需要X光或超声波检查设备，在没有检查设备的情况下，可通过功能测试判断焊接质量，还可以把焊好BGA的表面组装板举起来，对光平视BGA四周，观察焊膏是否完全融化、焊球是否塌陷、BGA四周与PCB之间的距离是否一致，以经验来判断焊接效果。
13.3BGA植球工艺介绍
经过拆卸的BGA器件一般情况可以重复使用，但由于拆卸后BGA底部的焊球受到不同程度的破坏，因此必须进行植球处理后才能使用。根据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，其工艺过程是相同的，具体步骤如下：
1.去除BGA底部焊盘上的残留焊锡并清洗
(1)用烙铁将BGA底部焊盘残留的焊锡清理干净平整，可采用拆焊编织带和扁铲形烙铁头进行清理操作时注意不要损坏焊盘。
(2)用异丙醇或乙醇等清洗剂将助焊剂残留物清洗干净。 。
2.在BGA底部焊盘上印刷助焊剂(或焊膏)
(1)一般情况采用采用高粘度的助焊剂，起到粘接和助焊作用，应保证印刷后助焊剂图形清晰、不漫流。有时也可以采用焊膏代替，采用焊膏时焊膏的金属组分应与焊球的金属组分相匹配。
(2)印刷时采用BGA专用小模板，模板厚度与开口尺寸要根据球径和球距确定，印刷完毕必须检查印刷质量，如不合格，必须清洗后重新印刷。
3.选择焊球
选择焊球时要考虑焊球的材料和球径的尺寸。目前PBGA焊球的焊膏材料一般都是63Sn／37Pb，与目前再流焊使用的材料是一致的，必须选择与BGA器件焊球材料相匹配焊球。
焊球尺寸的选择也很重要，如果使用高粘度助焊剂，应选择与BGA器件焊球相同直径的焊球；如果使用焊膏，应选择比BGA器件焊球直径小一些的焊球。
4.植球方法一(采用植球器)
(1)如果有植球器，选择—块与BFaA焊盘匹配的模板，模板的开口尺寸应比焊球直径大0.05-0.1mm，将焊球均匀地撒在模板上，摇晃植球器，把多余的焊球从模板上滚到植球器的焊球收集槽中，使模板表面恰好每个漏孔中保留一个焊球。
(2)把置球器放置在BGA返修设备的工作台上，把印好助焊剂或焊膏的BGA器件吸在BGA返修设备的吸嘴上(焊盘面向下)。
(3)按照13.2.5贴装BGA的方法进行对准，使BGA器件底部图像与置球器模板表面每个焊球图像完全重合。
(4)将吸嘴向下移动，把BGA器件贴装到置球器模板表面的焊球上，然后将BGA器件吸起来，此时焊球被粘到BGA器件底面。
(5)用镊子夹住BGA器件的外边框，关闭真空泵。
(6)将BGA器件的焊球面向上放置在BGA返修设备的工作台上。
5.置球方法二(没有置球器时可采用以下方法)
(1）把印好助剂或焊膏的BGA器件放置在工作台上。
(2)准备—块与BGA焊盘匹配的模板，模板的开口尺寸应比焊球直径大0.05-0.1mm；把模板四周用垫块架高，放置在印好助焊剂或焊膏的BGA器件上方，使模板与BGA之间的距离等于或略小于焊球的直径，在显微镜下或在BGA返修设备上对准。
(3)将焊球均匀地撒在模板上，把多余的焊球用镊子从模板上拨(取)下来，使模板表面恰好每个漏孔中保留一个焊球。
(4)移开模板(个别没有放置好的地方，可用镊子或用小吸嘴的吸笔补完整)。
6.再流焊接
按照前述(参见13.2.6)方法进行再流焊接。焊接时BGA器件的焊球面向上，要把热风量调到最小，以防把焊球吹移位，再流焊温度也要比焊接BGA时略低一些。经过再流焊处理后，焊球就固定在BGA器件上了。
7.完成置球工艺后，应将BGA器件清洗干净，并尽快进行贴装和焊接，以防焊球氧化和器件受潮。
