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本帖最后由 hcrt 于 2016-6-3 14:48 编辑
如何成功设置BGA/CSP返工回流曲线参数
详细介绍如何成功的在BGA和CSP芯片返工过程中进行回流曲线参数的设定。
在生产和返工过程中的电路板回流参数：
考虑在生产中进行印刷线路板回流曲线参数设置时，通常关心的是要在所有被焊的焊点得到尽可能小并且恒定的温差ΔT。达到这一点一般是通过对PCB稳定的顶部和底部加热和多温区温度控制的回流焊炉完成。回流焊炉应适合电路板尺寸和热容量以及生产量的要求。
当考虑对球栅阵列芯片（如BGA，CSP）进行返工时，我们应该意识到过程控制对成功的进行芯片返工的重要性，标准的方法是对于单芯片的起拔和贴放尽可能的模拟生产过程中的工艺和回流参数设置，这就意味着我们要对一芯片进行返工时就必须在电路板的特定区域进行加热。对不定区域进行加热有时会发生焊接失败，尽管所有参数设定看起来都是正确的。下面讨论影响焊接的因素以及应避免在焊接中遇到的潜在缺陷。
成功率问题：
在某些情况下，尤其是较大尺寸的电路板，即使在表面看来进行返工的各项设定都是正确的，也仍可能出现问题，导致低成功率。一般来说焊接曲线的参数设定以所使用的焊料作为依据，如使用63/37锡膏在正常情况下参数设置如下：
图1 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
任何的回流系统都是对PCB的正反两面同时进行加热，根据焊点的温度要求，将适当的热量施加在PCB的顶部和底部。我们在进行返工焊接时很有可能通过多种不同的温度设置达到相同的焊点温度。现举例如下：
图2 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
图3 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
下图采用例1的温度设定在电脑主机板上焊接PBGA494 芯片时，热电偶测出焊点的温度变化曲线，我们可以看到温度变化是正常的：在预热区、吸热区和回流区都达到了规定温度。但是在这种情况下无论是使用焊锡膏还是助焊剂，焊接的成功率都非常低。
图4 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
下图是采用例2的温度设定，并将上图中热电偶曲线（绿色）叠加进来。我们看到两条热电偶曲线非常相似，但参数设定则完全不同。不同点是在降低顶部热风温度的时间提高了对整个电路板底部加热的温度设定。在这种情况下焊接成功率较高。
图5 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
造成成功率低的原因是因为PCB上部加热温度过高，从而使塑料封装的BGA芯片在回流加热中翘曲引起的。
下面列举一些在正确操作（例如：正确的丝网印刷、PCB 完好、精确的芯片贴放）的情况下经常会遇到的导致成功率低的焊接问题以及解决方法。
翘曲：
印刷电路板和芯片在回流焊中的翘曲是一个造成焊接问题的主要原因。即使是很小的变形都会导致问题的出现，例如虚焊和桥接。PBGA 与PCB 板的间隙一般为0.020 英寸，在芯片范围即使有0.005 英寸的变形都足以引起虚焊现象的发生。另一个因素是器件越大就越容易产生这些问题。即使电路板和芯片在焊接没有出现明显的问题，但电路板回复到正常位置，会对焊点产生持续的拉力，这会导致长期可靠性问题。
脱焊：
下面图6显示的是由于PCB翘曲造成的焊点脱焊；芯片翘曲也同样会产生一样的问题。芯片中间的焊点脱离PCB板而不能形成良好焊点。这种情况一般在使用助焊剂而不是焊锡膏进行焊接时比较容易出现，并且越向芯片中间问题越严重。
图6 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
桥接：
下面图7显示的是焊接桥接。这种情况是电路板变形引起相邻焊点相连造成的短接。此问题通常发生在芯片外围焊点，特别是在四角上。
图7 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
解决方法：
发生翘曲问题的主要原因是因为不足的底部加热温度与过高的顶部加热温度，也就是说PCB上下温差过大。一些电路板的热容量不均衡也会造成同样的问题。解决方法是尽量缩小PCB顶部、底部加热的温差，如：提高底部加热温度同时降低顶部加热温度并提高风量设定。
尺寸较大的电路板由于其自身重量的原因，也会使板子产生变形，可使用底部支撑加以解决。注意：在向下放置热风喷嘴和真空吸嘴时，不要给电路板施加压力，不然会使问题更加严重。
器件分层：
焊点桥接的另一个原因是芯片基板在回流中分层。塑料封装通常是吸湿的，也就是说芯片会吸收空气中的潮气。如果芯片被快速加热，潮气扩散会在芯片内部形成空穴，这就是我所说的“爆米花”现象。
这种问题的特点是由于内部温气扩散使芯片底部出现气泡，用X射线检测我们可以看到芯片中间的焊点桥接。图8显示的是“爆米花”现象。
图8 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
解决方法：
上面问题的解决方法是在返工之前对芯片和电路板慢速烘干，这样可慢慢的驱走潮气。一些公司已将此做为在进行任何返工前必须做的标准工序。只有正确保存的芯片才能被用于装联和返工。
不同时熔锡的问题：一般不同时熔锡是因为芯片范围的温差ΔT 较大，热风喷嘴内的温度波动范围要控制在设定值的±5℃内。
为了避免喷嘴内的温差对焊接带来的影响，在设定回流曲线参数时，要使焊点尽快通过焊锡熔点。为进一步说明，举例如下：
例1 – 进入回流区的温度过低
下图是芯片焊点在回流区通过焊锡熔点（183°C ）由固态变为液态的图形。我们假设整个芯片范围的温差为10°C 。
升温速度是由回流区从开始到结束持续的时间以及在进入回流时的温度决定的。在本例中焊点在回流区的升温速度为每秒0.5°C 。
图9 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
潜在问题：
图10 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
解决方法
解决上面问题的方法是改变回流曲线进入回流区时的温度，以得到更高的升温速度。下图中我们可以看到这样可使所有焊点尽可能同时到达焊锡熔点。
升温速度为2.5°C/秒
图11 设置BGA/CSP返工回流曲线参数
影响温差 ΔT的因素：
还有一些因素将会影响到在PCB 板上的温差，但这往往是返工工作站生产商所无法控制的。芯片在PCB板上的位置是最主要的因素，如果芯片的位置在板子的边缘，那么靠近PCB外面的温度要高于靠近内部的温度。这是因为热量更容易朝向PCB的中心散失。同样的道理，如果BGA 中心的焊球与接地线相连，热量会通过焊球散失，在这种情况下就需要更长的回流时间。
结论：
返工回流曲线的设置并不像看起来那么简单，将适当的热量输送给焊点是成功的关键。发现并排除潜在的问题将有助于实现持续成功的返工焊接。
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狗仔卡
发表于 2016-6-2 09:59:17
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