BGA與QFP元件的修理-SMT服務網

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        品質技術 >> BGA與QFP元件的修理

        BGA與QFP元件的修理

        文章來源:SMT專家網     發布時間:2010-11-23 9:57:49     發布時間:2010-11-23 9:57:49  【關閉】
        今天的自動設備使得高成本的球柵陣列(BGA, ball grid array)和方平包裝(QFP,quad flat pack)元件的修理符合邏輯。節省時間、金錢和元件,改進電路板的合格率,和提供更快速的服務是一些優勢。使用相對簡單的設備和現有的技術員,重建和恢復兩種類型元件包裝上的連接介質是可能的。

        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。

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