湖北萬通——BGA芯片焊接培訓(xùn)

湖北萬通——BGA芯片焊接培訓(xùn)

BGA元件的維修技術(shù)與操作技能（上）

球柵列陣封裝技術(shù)（Ball Gird Arroy），簡(jiǎn)稱BGA封裝早在80年代已用于尖端軍備、導(dǎo)彈和航天科技中。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，近年來在筆記本亦廣泛地使用到BGA封裝IC元件，它對(duì)于筆記本的微型化和多功能化起到?jīng)Q定性作用。但是， 筆記本制造商卻同時(shí)利用BGA元件的難維修性，人為加進(jìn)某些限制來制約筆記本維修業(yè)界，使我們?cè)诰S修BGA過程中碰到一定的困難，甚至無從下手。我們從事電子通訊維修十年，并對(duì)SMD元件的焊接、解焊設(shè)備略有琢磨，籍此向同行介紹BGA元件的維修技術(shù)與操作技能，望能以拋磚引玉，將技術(shù)提高到更高層次。

一． BGA維修中要重視的問題

因?yàn)锽GA封裝所固有的特性，因此應(yīng)謹(jǐn)記以下幾點(diǎn)問題：

①防止焊拆過程中的超溫?fù)p壞。

②防止靜電積聚損壞。

③熱風(fēng)焊接的風(fēng)流及壓力。

④防止拉壞PCB上的BGA焊盤。

⑤BGA在PCB上的定位與方向。

⑥植錫鋼片的性能。

BGA在PCB板上的裝聯(lián)焊接本是電子工廠自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行的，業(yè)余情況下碰到上述的問題雖有難度，但憑著細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的態(tài)度，借助先進(jìn)的返修設(shè)備工具，操作容易、成功率是較大的。

二． BGA維修中要用到的基本設(shè)備和工具

BGA維修的成敗，很大程度上決定于植錫工具及熱風(fēng)槍。我們及很多同行碰到最多的難題還是植錫困難和850操作溫度和風(fēng)壓無譜，就算采用白光850熱風(fēng)槍也都會(huì)因電壓變動(dòng)的原因，溫度和氣流也很難掌握，不知不覺中損壞BGA和主板，因此成功率不高。 我們從維修設(shè)備市場(chǎng)幾經(jīng)篩選，從精度、可靠性、科學(xué)性角度最終還是選用了以下的設(shè)備和工具（如下圖）：

① SUNKKO 852B 智能型熱風(fēng)拆焊器。

② SUNKKO 202 BGA防靜電植錫維修臺(tái)。

③ SUNKKO BGA專用焊接噴頭。

④ SUNKKO 3050A 防靜電清洗器。

?????? 而真空吸筆、放大鏡（顯微鏡更好）則作為輔助使用。

三． BGA的維修操作技能

⑴．BGA的解焊前準(zhǔn)備。

將SUNKKO 852B的參數(shù)狀態(tài)設(shè)置為：溫度280℃~310℃；解焊時(shí)間：15秒；風(fēng)流參數(shù)：???（1~9檔通過用戶碼均可預(yù)置）；

最后將拆焊器設(shè)到自動(dòng)模式狀態(tài)，利用SUNKKO 202 BGA 防靜電植錫維修臺(tái)，用萬用頂尖將筆記本PCB板裝好并固定在維修臺(tái)上。

?

⑵．解焊。

解焊前切記芯片的方向和定位，如PCB上沒有印定位框，則用記號(hào)筆沿四周劃上，在BGA底部注入小量助焊劑，選擇合適被解焊BGA尺寸的BGA專用焊接噴頭裝到852B上，

將手柄垂直對(duì)準(zhǔn)BGA，但注意噴頭須離開元件約4mm，按動(dòng)852B手柄上的啟動(dòng)鍵，拆焊器將以預(yù)置好的參數(shù)作自動(dòng)解焊。解焊結(jié)束后在2秒后用吸筆將BGA取下，這樣可使原錫球均勻分在PCB和BGA的焊盤上，好處是便于續(xù)后的BGA焊接。如出現(xiàn)PCB焊盤上有余錫搭連，則用防靜電焊臺(tái)處理均勻，嚴(yán)重的搭連，可以PCB上再涂一次助焊劑，再次啟動(dòng)852B對(duì)PCB加溫，最終使錫包整齊光滑。通過防靜電焊臺(tái)采用吸錫帶將BGA上的錫完全吸除。注意防靜電和不要過溫，否則會(huì)破壞焊盤甚至主板。

⑶．BGA和PCB的清潔處理。

?使用高純的洗板水將PCB焊盤清潔擦凈，采用超聲清洗器（要帶防靜電裝置）裝入洗板水，將拆下的BGA進(jìn)行清洗干凈。

⑷．BGA芯片植錫。

BGA芯片的植錫須采用激光打孔的具有單面喇叭型網(wǎng)孔之鋼片，鋼片厚度要求有2mm厚，并要求孔壁光滑整齊，喇叭孔的下面（接觸BGA的一面孔）應(yīng)比上面（刮錫進(jìn)去小孔）大10μm~15μm。（上述兩點(diǎn)通過十倍的放大鏡就可以觀察出）。這樣才能使漏印而錫漿容易落到BGA上，要注意現(xiàn)市場(chǎng)上較多的劣質(zhì)鋼片都不是激光加工的，而是化學(xué)腐蝕法，它除了孔壁粗糙不規(guī)則，網(wǎng)孔沒有喇叭形或出現(xiàn)雙面喇叭孔，這類鋼片在植錫時(shí)碰到的困難就很大了。采用上述的BGA維修臺(tái)中之植錫功能→模板和鋼片，先在定位模板找到相應(yīng)的凹位，將BGA元件用雙面膠粘到凹槽內(nèi)，將帶有精密定位方、圓孔的鋼片放到定位模板上，再用其附件磁力壓塊將鋼片壓貼模板上。由于該套工具獨(dú)特的三重精密定位裝置（BGA→模板→鋼片），保證就算閉上眼亦能將鋼片網(wǎng)孔很方便、很準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)BGA元件小焊盤（但切記鋼片刻有字的為向上）。用小刮刀將小量的、較濃稠的錫漿刮到鋼片的網(wǎng)孔里，當(dāng)所有網(wǎng)孔已充滿后，從鋼片的一端將鋼片慢慢地掀起，BGA芯片上即漏印出小錫堆，再次用拆焊器如前述對(duì)其加溫，使BGA上錫堆變成列陣均勻的錫球。如個(gè)別焊盤未有錫球，可再壓上鋼片進(jìn)行局部補(bǔ)錫。 我們不贊同連鋼片一起加溫的辦法，因?yàn)檫@樣除影響植錫球外，還會(huì)將精密的鋼片熱變形而損壞。　

⑸．BGA芯片的焊接。

在BGA錫球和PCB焊盤上沾上小量較濃的助焊劑（要求高純，可采用活性松香加入到分析純酒精中溶解出），找回原來的記號(hào)放置BGA。助焊的同時(shí)可對(duì)BGA進(jìn)行粘接定位，防止被熱風(fēng)吹走，但要注意不能放太多焊劑，否則加溫時(shí)亦會(huì)由于松香產(chǎn)生過多的氣泡使芯片移位。PCB板同樣亦是安放于防靜電維修臺(tái)中用萬用頂尖固定并須水平安放。將智能拆焊器參數(shù)預(yù)設(shè)為溫度260℃~280℃，焊接時(shí)間：20秒，氣流參數(shù)不變。BGA噴咀對(duì)準(zhǔn)芯片并離開4mm時(shí)，觸發(fā)自動(dòng)焊接按鈕。隨著BGA錫球的熔化與PCB焊盤形成較優(yōu)良的錫合金焊接，并通過錫球的表面張力使芯片即使原來與主板有偏差亦會(huì)自動(dòng)對(duì)中，如此大功告成。注意焊接過程中不能對(duì)BGA進(jìn)行施壓力，哪怕風(fēng)壓太大亦會(huì)使BGA下面錫球間出現(xiàn)短路。

單面喇叭孔印錫

四． BGA焊接過程的分析

大家知道BGA元件的嬌，亦知道PCB主板的嫩，是異常精密的多層立體交叉式布線，大部分的過層走線只有頭發(fā)絲的幾分之一，因此在焊接過程中往往是決定BGA成敗的關(guān)鍵。拆焊器的操作與調(diào)整相當(dāng)重要，一是溫度，二是氣流風(fēng)壓，都必須一清二楚，不能隨便，否則前功盡廢，甚至帶來無可修復(fù)毀壞結(jié)果，所以使用傳統(tǒng)850型熱風(fēng)槍就要格外小心，最好先用溫度計(jì)先測(cè)量出熱風(fēng)溫度，切不要拿BGA線路板去試吹。為什么相當(dāng)維修人員覺得焊接BGA太難，主要還是無法掌握熱風(fēng)槍的熱風(fēng)參數(shù)，依靠主觀判斷或經(jīng)驗(yàn)去焊接高要求、高精度的BGA元件，從實(shí)際和科學(xué)的角度上來看，非常的不嚴(yán)謹(jǐn)，自然成功的幾率也就低了。超溫焊接操作，雖然速度很快，但帶來兩個(gè)問題：

①BGA錫球應(yīng)與PCB焊盤所形成的合金成份變得脆、硬并且由于高溫氧化而生成疏松的晶粒結(jié)構(gòu)，PCB在裝機(jī)時(shí)氧化的錫球受力容易斷裂，出現(xiàn)不良虛焊。

②超溫會(huì)使嫩的多層布線主板局部過熱變形，嚴(yán)重時(shí)起泡分層而報(bào)廢。同時(shí)，現(xiàn)時(shí)相當(dāng)多的維修者使用熱風(fēng)槍吹焊BGA時(shí)因?yàn)闆]有專用BGA風(fēng)咀，簡(jiǎn)單采用將熱風(fēng)槍原噴咀拿掉進(jìn)行操作，由于此時(shí)的熱風(fēng)范圍很大，往往是將BGA旁的SMD元件一起受熱，造成了BGA是焊好了，但其周邊的不耐熱元件（如鉭電解電容、陶瓷元件等）則燒壞，而使用BGA專用風(fēng)咀就可以安全避免這問題的發(fā)生。 過大的風(fēng)流風(fēng)壓施加在BGA芯片上，等同于外力壓到芯片上，由于BGA芯片輕而薄，有可能使錫球內(nèi)部搭連，前功盡棄。因此，在焊接BGA過程中，科學(xué)地設(shè)置合適的溫度、風(fēng)流、時(shí)間、焊接區(qū)域四個(gè)參數(shù)顯得尤為重要。

五． BGA焊接后的檢查與PCB主板的清洗

非專業(yè)人員都不具備專用檢查BGA焊接質(zhì)量的X線探測(cè)設(shè)備，因此我們只能借助放大鏡燈對(duì)已焊上PCB的BGA元件進(jìn)行檢查，主要是芯片是否對(duì)中，角度是否相對(duì)應(yīng)，與PCB 是否平行，有無從周邊出現(xiàn)焊錫溢出，甚至短路等，否則都要重新拆焊，絕不能草率地通電試機(jī)，以免擴(kuò)大故障面。而只有在檢查無誤時(shí)方可通電檢查電性能和功能。另外，在通電檢查性能功能正常后，應(yīng)對(duì)BGA元件及PCB進(jìn)行超聲清洗，以去掉多余的助焊劑和有可能出現(xiàn)的錫屑。

BGA元件的維修技術(shù)與操作技能（下）

BGA元件安裝在筆記本主板，除了利用錫球焊接PCB外，還在BGA和PCB之間的縫隙注入強(qiáng)力膠水進(jìn)行加固。而在我們的維修過程中，如何將膠水去掉以利植錫和焊接，這是技能之一；在BGA或PCB的拆焊過程中，由于對(duì)熱風(fēng)槍溫度的難以掌握，往往會(huì)錯(cuò)手損壞焊盤甚至脫落，碰到這個(gè)問題該如何辦呢？這是技能之二；今后隨著 筆記本設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，其內(nèi)部線路將大規(guī)模地集成為單片化BGA，這樣使得BGA的尺寸增大許多，事實(shí)上現(xiàn)在有些機(jī)型已是這樣，而在返修這種大型BGA時(shí)，我們應(yīng)掌握那些較科學(xué)的方法，而不是讓讀者去猜什么絕技呢。這是技術(shù)之三。以下分別一一介紹。

?一． 膠水的處理

據(jù)我們掌握，現(xiàn)在筆記本主板和BGA之間所使用的膠水，基本是三大類型：①醚類粘膠。②環(huán)氧樹脂粘膠。③聚脂粘膠。而這些膠水在生產(chǎn)施工時(shí)，有可能是雙組份型固化或紫外光固化，因此，如要對(duì)其進(jìn)行溶膠處理，確有一定困難?，F(xiàn)在我們所采取的有效辦法是：選取對(duì)應(yīng)的溶膠水并要選無腐蝕性的和揮發(fā)量小的。對(duì)于解焊BGA同時(shí)拆除膠水的，采用智能型拆焊器控制好溫度先將BGA與衣板分離，通過合適的溫度使膠水變軟，但注意膠水未軟化前絕不能強(qiáng)行拆拔BGA，否則損無疑?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的BGA溶膠水，實(shí)際效果并不理想，主要是溶膠時(shí)間過長(zhǎng)（有些需2-3小時(shí)）。而我們采用了煮湯辦法大大地加速膠水的溶化：找一個(gè)小金屬盒，如最好是清涼油的鐵盒，將其清洗干凈后作為鍋，煮湯時(shí)將帶有膠水的BGA元件放入，然后倒入小量溶膠水，將蓋合上。鍋放置于恒溫焊臺(tái)的烙鐵部分，將溫度調(diào)校到200℃~250℃，烙鐵將加熱熔膠水，并加速BGA上膠水的分離。但注意如采用的是揮發(fā)性強(qiáng)的溶膠水被加熱，會(huì)造成金屬盒上蓋沖開，所以小心為上。而主板上殘存的膠水，則采用恒溫拆焊器定溫250℃~280℃先將其加熱，然后涂熔膠水，經(jīng)多次反復(fù)直至清除。

二． BGA或PCB上焊盤損壞的修復(fù)

無論是BGA或是PCB上的焊盤，都是采用銅銀合金通過電鑄沉積出來的，它在常溫時(shí)是有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的，但在溫度影響特別是超溫時(shí)，則容易脫落。而我對(duì)其修復(fù)的辦法很簡(jiǎn)單并可靠：

??? ①通過放大鏡或顯微鏡觀察，用較尖的刀鋒將脫掉焊盤留下的根，小心地刮開一個(gè)小凹圓坑，尺寸與原焊? 盤 稍大些，約0.1mm深度，并刮出根的金屬光澤出來.??