BGA返修工艺

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BGA返修工艺
多数半导体器件的耐热温度为240。C～600。C，对于BGA返修系统来说，加热温度和均匀性的控制显得非常重要。BGA返修工艺步骤如下。
（1）电路板、BGA预热
电路板、芯片预热的主要目的是将潮气去除，如果电路板和BGA内的潮气很小（如芯片刚拆封），这一步可以免除。
（2）拆除BGA
拆除的BGA如果不打算重新使用，而且PCB可承受高温，拆除BGA可采用较高的温度（较短的加热周期）。
（3）清洁焊盘
清洁焊盘主要是将拆除BGA后留在PCB表面的助焊剂、焊膏清理掉，必须使用符合要求的清洗剂。为了保证BGA的焊接可靠性，一般不能使用焊盘上的残留焊膏，必须将旧的焊膏清除掉，除非BGA上重新形成BGA焊料球。由于BGA体积小，特别是CSP（或µBGA），体积更小，清洁焊盘比较困难，所以在返修CSP时，如果CSP的周围空间很小，就需使用免清洗焊剂。
（4）涂焊膏、助焊剂
在PCB上涂焊膏对于BGA的返修结果有重要影响。通过选取用与BGA相符的模板，可以很方便地将焊膏涂在电路板上。对于CSP，有3种焊膏可以先择：RMA焊膏，免清焊膏和水溶性焊膏。使用RMA焊膏，回流时间可略长些，使用免清洗焊膏，回流温度应选的低些。
（5）贴装
贴装的主要目的是使BGA上的每一个焊料球与PCB上的焊盘对准。必须使用专门的设备来对中。
（6）热风回流焊
热风回流焊是整个返修工艺的关键。
（a）BGA返修回流焊的曲线应当与BGA的原始焊接曲线接近，热风回流焊曲线可分成四个区间：预热区、加热区、回流区和冷却区，四个区间的温度、时间参数可以分别设定，通过与计算机连接，可以将这些程序存储和随时调用。
(b) 在回流焊过程中要正确选择各区的加热温度和时间，同时应注意升温的速度。一般，在100。C以前，最大的升温速度不超过6。C/s，100。C以后最大的升温速度不超过3。C/s，在冷却区，最大的冷却速度不超过6。C/s。因为过高的升温速成度和降温速度都可能损坏PCB和BGA，这种损坏有时是肉眼不能观察到的。不同的BGA，不同的焊膏，应选择不同的加温度和时间。如CBGA BGA的回流温度应高于PBGA的回流温度，90Pb/10Sn应较63Sn/37Pb焊膏选用更高的回流温度。对免洗焊膏，其活性低于非免洗焊膏，因此，焊接温度不宜过高，焊接时间不宜过长，以防止焊料颗粒的氧化。
（c） 热风回流焊中，PCB板的底部必须能够加热。这种加热的目的有二个：避免由于PCB板的单面受热而产生翘曲和变形；使焊膏熔化的时间缩短。对大尺寸板的BGA返修，这种底部加热尤其重要。BGA返修设备的底部加热方式有两种，一种是热风加热，一种是红外线加热。热风加热的优点是加热均匀，一般返修工艺建议采用这种加热。红外加热的缺点是PCB受热不均匀。
（d）要选择好的热风回流喷嘴。热风回流喷嘴属于非接触式加热，加热时依靠高温空气流使BGA上的各焊点的焊料同时熔化。保证在整个回流过程中有稳定的温度环境，同时可保护相邻器件不被对流热空气回热损坏。
资料3: 维修曲线的设定与调整
说到BGA器件的维修（Rework），首当其冲的莫过于温度曲线（Themal Profiling）的设定。与正常生产的再流焊（Reflow）温度曲线相比，维修过程对温度控制的要求则要高得多。因为在常规的再流焊炉腔内，温度流失几乎为零。而对于维修而言，一般情况都是将PBA暴露在空气中对单个器件实施高温处理，在这种情况下，温度的流失相当严重，对此，绝不能单靠升温来达到温度的补偿。这是因为一方面对于器件体而言，过高的温度显然会损坏器件本身，而另一方而，升温必然造成PBA的受热不均引起弯曲变形等负面影响，因此，设定合适的温度曲线是BGA维修的关键。另外，由于PBA的材质，厚度及散热情况都不同，对应BGA的温度敏感程度也各不相同。为了达到满意的维修效果，也就是对不同的PBA上的每一种器件设定一条专用的温度曲线。
图1是KESTER参考曲线图，它显示了正常再流焊和BGA温度曲线的对比情况。通过图形我们可以看到，BGA曲线的温度从初始预热区后到焊锡熔点（183℃）所需要的时间相对更长，而在加热区的升温斜率也更加平滑。这条BGA的温度曲线，这就是我们维修所要追求的目标。
为了获得一条较为精确的温度曲线，热电偶的使用是必不可少的，一般说来，都是要将热电偶放到BGA中心部位的焊盘上。但这样做主要问题在于很难保证将热电偶连线能穿过焊球间的空隙达到器件中心部件，特别是随着µ BGA等超小形器件的出现难则更大。另外，热电偶和焊盘的接触也存在很大问题，没有人可以保证得到的数据究竟是从焊球还是空隙处获得的。另一种方法是在贴放BGA的PBA反面，既BGA中心的某个焊盘位置开一个孔，将热电偶从PBA底部伸进小孔并贴在焊盘的反面用高温焊锡固定。这样基本可以保证热电偶和焊盘的接触，导热性也可以有所保证。现大部分厂家采用的几乎都是这种方法。
助焊胶的使用
一般情况，在贴放一个新的BGA器件之前，应使用专用的微型丝网在PCB焊盘上涂上焊膏。但对于PBGA，MBGA等常用器件，也可以用直接涂抹助焊膏的办法，利用焊球自身的熔化进行焊接。当然，对于CBGA（Ceramic BGA），丝网和焊膏还是必须，因为CBGA的焊球熔点远比普通焊膏（Sn63/Pb27）熔点要高得多。
残留焊锡的去除和BGA器件的贴放
除了温度曲线之外，残留焊锡的去除和BGA器件的贴放也是维修中比较敏感的问题，一般情况下，人们可能觉得这些问题还没有达到如此重要要地步，但在实际操作中，往往就是这些看似不是问题的问题，给BGA维修的一次成功率带来很大的负面影响。
对于焊锡的去除，一般都采用吸锡铜线。但在实际操作过程中，往往由于操作工的疏忽造成焊盘的损坏，而焊盘的损坏又会导致BGA维修的彻底失败，以致造成PBA未能修复而报废，因此，也就需要特别注意。这里提供两条小经验：一是可以在BGA拆下的较短时间内去除焊锡，因为这时候PBA还未完全冷却，温差对焊盘的损伤相对较小；另一条是在去除焊锡的过程中可以使用一些助焊剂，这样可以提高焊锡“活性”，更利于残留焊锡的去除。操作中切忌吸锡铜线在烙铁的重压下移动。而BGA的重新贴放必然需要除锡达到“精加工”的程度，而这个“精加工”就目前的设备情况而言，这只能由具备一定技能的操作工完成。
温度曲线的借用
如前所述，调整温度曲线的常用办法是在PBA反面凿孔，这样的PBA显然是要报废的。但实际生产中可能会碰到一些不允许板子损坏的情况，那么如何来调整或设定曲线呢？

可以利用类似产品，比如相同的PBA材料，层数，甚至外形尺寸，相同的BGA类型，材质大小，焊球数量等进行模拟，如果有类似的曲线基本可以直接借用。
喷嘴的使用
    所有热风加热的返修设备，对不同大小的BGA器件都要选用合适的喷嘴。那什么才是最合适的呢。应该尽可能选用大于器件喷嘴，最好是喷嘴边缘距离器件边缘2~5mm左右，这样就能将器件完全覆盖，加热时才可能降低BGA器件中心及周边温差，保证焊接成功。