BGA與QFP元件的修理

BGA的情況
　　球柵陣列技術由于其高輸入/輸出(I/O)數而吸引人。這個優勢克服了由于X光機器價錢昂貴所引起的對檢查的批評。從分離棱鏡(split-prism到機械嵌套(mechanical nesting)的貼裝技術都是現成的，印刷和回流溫度曲線容易獲得�？墒�，取下之后元件的重整錫球(reballing)總是不如人意。不象許多元件技術，在不毀壞連接介質的情況下，BGA可能是不能從PCB上取下的(圖一)。一半的BGA錫球留在裝配上，另一半保留在元件上，通常是象焊錫冰柱一樣，因此在任何返修嘗試之前，要求全部的錫球重整和PCB焊盤的準備。

現有的BGA解決方法
　　一個方法是預成型(preform)的使用，錫球以所希望的排列/間格矩陣嵌入水溶性的助焊劑介質中。一個預成型大約US$10，這個方法成本高。預成型被放在底朝上的BGA頂面上，并回流。希望整個球的轉移發生，水溶性介質被清洗，因此恢復了元件包裝。
　　另一個方法是模擬原始的制造技術，將助焊劑凝膠或膏印刷到BT玻璃基板上，重力將預成型錫球裝填到放在底朝上BGA上面的厚模板(stencil)上。去掉過多的錫球，然后去掉模板，將元件送到爐中回流，形成所希望的連接。
　　雖然這個方法成本為US$40/100K錫球，比預成型便宜得多，但是一個更大的成本優勢可通過使用另一種方法來實現 - 錫膏。而且使用錫膏方法，錫球不會彈走，落到滿地都是。一套使用錫膏方法的重整錫球的工具允許將錫膏印刷到零件上，回流時模板留在原位上，錫球在零件上形成。當模板拿開時，零件完全修復。

重整錫球的工藝
　　BGA元件應該使用一個適當溫度設定的熱空氣返修工具從PCB上取下。PCB的焊盤必須清潔，一旦過多的焊錫去掉后，在元件貼裝之前應該在印刷。在元件貼裝之后，PCB應該在一個適當的加熱曲線下回流焊接。
　　BGA需要把任何過多的焊錫去掉，可通過焊錫清掃工具、吸錫帶或使用焊接烙鐵以一個角度在零件上通過來完成。以輕微的焊錫凸液面的形式留在BGA焊盤上的焊錫殘留數量將不會太多增加錫球的體積。當去掉多余的焊錫時，在零件的中央加熱，將熱源以螺旋的形式在零件表面上移動，均勻地加熱。
　　然后，BGA裝入一個基座，該機基座有一個放于現在底朝上的、適當定好尺寸的模板。在模板調好與元件的水平后，用一把刮刀將錫膏印刷到模板的開孔內，多余的錫膏可用刮刀去掉(圖二)。然后裝配可放在熱空氣工具下面，用合適的噴嘴和溫度設定，零件在加熱作用下來回移動，直到錫膏回流并形成單塊的錫球。同樣，加熱應該從中央開始，向外放射地或成螺旋狀地移動，達到均勻加熱的目的。
　　有時，由于模板未對準，錫球不會成球狀或者不定位在焊盤中心。為了更正，取下模板，在熱源下回流已上助焊劑的零件。焊錫將會成球形，并通過焊錫表面張力對中心。但這種技術，叫做"修整表面"，幾乎很少需要。
　　BGA重整錫球(reballing)技術起作用是因為：
　　1、模板在大多數助焊劑條件下是焊錫不可熔濕的(non-wettable)，除了柑橘基(citrus-based)助焊劑配方。一旦焊錫粘住模板開孔，該板就不好了。使用推薦的助焊劑配方，模板簡直可使用幾百次，可能幾千次，而不用更換。
　　2、因為當變成固體球時錫膏的體積縮小，縮小后開孔的半徑大于球的半徑，模板容易地從零件拿開 - 特別是清洗之后。
　　3、該模板的不銹鋼合金是經過冷軋的，造成金屬內單個晶粒的拉長。該金屬只在一個方向彎曲，不管那面被加熱。板的放置要使其被加熱時向零件彎曲。這個金屬的特性會使板推向零件，在每個BGA焊盤周圍產生不漏焊錫的密封。這個"堤檔"將保持焊錫不遷移到其它焊盤，因此達到均勻統一的錫球尺寸。
　　在BGA被清潔后，它可重新對位放置在準備好的PCB上，回流焊接，恢復電路板裝配。

QFP問題
　　方平包裝(QFP, quad flat pack)的引腳經常被彎曲(圖三)，最常見的是28-mm和更大的身體尺寸的零件。金屬包裝的高質量與慣性似乎傾向于使QFP某種形式的損壞，特別如果矩陣托盤經受任何形式的沖擊。
　　其結果是貽誤計劃、低裝配合格率、和使客戶不愉快。把零件送回原處或出去修理，要花去寶貴的時間�？墒�，你可以用自己修理的方法，經常，零件可回到開始拒絕它的貼片機。

QFP修理的選擇
　　現在可買到裝備有相機和機械觸覺的機器，將元件引腳處理到滿足JEDEC標準，但是，其價格可能是一個限制。也有公司提供這類服務，但是，成本還是一個問題。
　　在工廠內部，使用探針和鑷子來修理零件可能是一個較簡單的方法。你的修理工具也應該包括模板，它是有引腳的焊盤幾何形狀蝕刻在表面的薄板。這些模板幫助處理引腳和作為最后"行/不行"的標準。真空吸取筆幫助零件處理，完整的修理工具中也需要一塊實驗室AA級的花崗巖表面平板。

QFP修理操作
　　應該挑選一個輕手輕碰和手法穩健的操作員接受培訓。在修理之前，決定是否該元件可能挽救。不是所有都可挽救的，引腳可能彎曲太嚴重，以至于只把它彎回位置都會折斷。這些操作應該在防靜電工作臺上進行，有適當的照明和放大鏡。有三到四個屈光鏡的帶照明的放大鏡就可以了。
　　操作員應該選擇一個適當的模板，把它粘貼在平面板上。在模板內以及平面板上應該有足夠的空間來處理QFP，因此可能有偏移。元件放入調整模板上(圖四)。
　　然后，技術員選擇各種工具，應該從粗略的對準到越來越精細的調整。通常操作可能要求鑷子來拉出彎曲和扭曲的引腳，進行腳尖與腳跟的調整，平整腳桿和共面性調整。
　　模板是將引腳排列到適當間距的很好的設備。引腳在其各自的穴內，可移動膝部到位而不移動引腳的其它部分。模板也是最后檢查間距的最好工具。平面板，只有0.00002" 的不平面誤差，對腳尖的調整和共面性檢查是很有用的。
　　在操作期間，技術員應該盡量減少引腳的進一步彎曲�？墒�，在某些情況中，可能不得不將一個腳移開來處理另一個腳。應該避免進一步的彎曲，以允許在高疲勞環境下的生存。

結論
　　返修BGA和QFP元件可幫助你節省零件、時間和金錢。這些節省也將幫助你滿足顧客和管理層。上面所描述的兩者元件的返修工藝，應該考慮用作對任何挽救昂貴元件是合理的返工/修理運作。