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從以上兩個(gè)曲線可以看出,焊接大致分為預(yù)熱,保溫,回流,冷卻四個(gè)區(qū)間(不同的BGA返修工做站略有不同)無論有鉛焊接還是無鉛焊接,錫球融化階段都是在回流區(qū),只是溫度有所不同,回流以前的曲線可以看作一個(gè)緩慢升溫和保溫的過程。明白了這個(gè)基本原理,任何BGA返修工作站都可以以此類推。這里,介紹一下這幾個(gè)溫區(qū):
預(yù)熱區(qū)
也叫斜坡區(qū),用來將PCB的溫度從周圍環(huán)境溫度提升到所須的活性溫度。在這個(gè)區(qū),電路板和元器件的熱容不同,他們的實(shí)際溫度提升速率不同。電路板和元器件的溫度應(yīng)不超過每秒2~5℃速度連續(xù)上升,如果過快,會(huì)產(chǎn)生熱沖擊,電路板和元器件都可能受損,如陶瓷電容的細(xì)微裂紋。而溫度上升太慢,焊膏會(huì)感溫過度,溶劑揮發(fā)不充分,影響焊接質(zhì)量。爐的預(yù)熱區(qū)一般占整個(gè)加熱區(qū)長(zhǎng)度的15~25 %。
保溫區(qū)
有時(shí)叫做干燥或浸濕區(qū),這個(gè)區(qū)一般占加熱區(qū)的30 ~ 50 %?;钚詤^(qū)的主要目的是使PCB上各元件的溫度趨于穩(wěn)定,盡量減少溫差。在這個(gè)區(qū)域里給予足夠的時(shí)間使熱容大的元器件的溫度趕上較小元件,并焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)。到活性區(qū)結(jié)束,焊盤、焊料球及元件引腳上的氧化物被除去,整個(gè)電路板的溫度達(dá)到平衡。應(yīng)注意的是PCB上所有元件在這一區(qū)結(jié)束時(shí)應(yīng)具有相同的溫度,否則進(jìn)入到回流區(qū)將會(huì)因?yàn)楦鞑糠譁囟炔痪a(chǎn)生各種不良焊接現(xiàn)象。一般普遍的活性溫度范圍是120~150℃,如果活性區(qū)的溫度設(shè)定太高,助焊劑(膏)沒有足夠的時(shí)間活性化,溫度曲線的斜率是一個(gè)向上遞增的斜率。雖然有的焊膏制造商允許活性化期間一些溫度的增加,但是理想的溫度曲線應(yīng)當(dāng)是平穩(wěn)的溫度。
回流區(qū)
有時(shí)叫做峰值區(qū)或后升溫區(qū),這個(gè)區(qū)的作用是將PCB的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度?;钚詼囟瓤偸潜群辖鸬娜埸c(diǎn)溫度低一點(diǎn),而峰值溫度總是在熔點(diǎn)上。典型的峰值溫度范圍是焊膏合金的熔點(diǎn)溫度加40℃左右,回流區(qū)工作時(shí)間范圍是20 - 50s。這個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定太高會(huì)使其溫升斜率超過每秒2~5℃,或使回流峰值溫度比推薦的高,或工作時(shí)間太長(zhǎng)可能引起PCB的過分卷曲、脫層或燒損,并損害元件的完整性?;亓鞣逯禍囟缺韧扑]的低,工作時(shí)間太短可能出現(xiàn)冷焊等缺陷。
冷卻區(qū)
這個(gè)區(qū)中焊膏的錫合金粉末已經(jīng)熔化并充分潤(rùn)濕被連接表面,應(yīng)該用盡可能快的速度來進(jìn)行冷卻,這樣將有助于合金晶體的形成,得到明亮的焊點(diǎn),并有較好的外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會(huì)導(dǎo)致電路板的雜質(zhì)更多分解而進(jìn)入錫中,從而產(chǎn)生灰暗粗糙的焊點(diǎn)。在極端的情形下,其可能引起沾錫不良和減弱焊點(diǎn)結(jié)合力。冷卻段降溫速率一般為3~10 ℃/ S。
在焊接BGA之前,PCB和BGA都要在80℃~90℃,10~20小時(shí)的條件下在恒溫烤箱中烘烤,目的是除潮,更具受潮程度不同適當(dāng)調(diào)節(jié)烘烤溫度和時(shí)間。沒有拆封的PCB和BGA可以直接進(jìn)行焊接。特別指出,在進(jìn)行以下所有操作時(shí),要佩戴靜電環(huán)或者防靜電手套,避免靜電對(duì)芯片可能造成的損害。在焊接BGA之前,要將BGA準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)在PCB上的焊盤上。這里采用兩種方法:光學(xué)對(duì)位和手工對(duì)位。主要采用的手工對(duì)位,即將BGA的四周和PCB上焊盤四周的絲印線對(duì)齊。這里有個(gè)訣竅:在把BGA和絲印線對(duì)齊的過程中,即使沒有完全對(duì)齊,即使錫球和焊盤偏離30%左右,依然可以進(jìn)行焊接。因?yàn)殄a球在融化過程中,會(huì)因?yàn)樗秃副P之間的張力而自動(dòng)和焊盤對(duì)齊。在完成對(duì)齊的操作以后,將PCB放在BGA返修工作站的支架上,將其固定,使其和BGA返修工作站水平。選擇合適的熱風(fēng)噴嘴(即噴嘴大小比BGA大小略大),然后選擇對(duì)應(yīng)的溫度曲線,啟動(dòng)焊接,待溫度曲線完畢,冷卻,便完成了BGA的焊接。
BGA植球是一個(gè)需要耐心和細(xì)心的工作,進(jìn)行操作的時(shí)候要仔
細(xì)認(rèn)真。
1.3國內(nèi)外水平現(xiàn)狀
BGA(Ball Grid Array Package)是這幾年流行的封裝形式
它的出現(xiàn)可以大大提高芯片的集成度和可制造性。由于中國在
BGA焊接技術(shù)方面起步較晚,國內(nèi)能制造BGA返修工作站的廠
家也不多,因此,BGA返修工作站在國內(nèi)比較少,尤其是在西部。
有著光學(xué)對(duì)位,X-RAY功能的BGA返修站就更為少見,或許后期中國在X-RAY的返修站能夠多多建立,東部的檢測(cè)有個(gè)英華檢測(cè)提供這個(gè)方面的檢測(cè),下面看技術(shù)方面吧!
1.4 解決的技術(shù)難點(diǎn)
在實(shí)際的工作當(dāng)中,會(huì)遇到不同大小,不同厚度的PC不同大
小的BGA,有采用無鉛焊接的也有采用有鉛焊接的。它們采用的溫度曲線也不同。因此,不可能用一種溫度曲線來焊接所有的BGA。如何根據(jù)條件的不同來設(shè)定不同的溫度曲線,這就是在BGA焊接過程中的關(guān)鍵。這里給出幾組圖片加以說明。
造成溫度不對(duì)的原因有很多,還有一個(gè)原因就是在測(cè)試溫度曲線的時(shí)候,都是在空調(diào)環(huán)境下進(jìn)行的,也就是說不是常溫。夏天和冬天空調(diào)造成溫度和常溫不符合,因此在設(shè)定BGA溫度曲線的時(shí)候會(huì)偏高或偏低。所以在每次進(jìn)行焊接的時(shí)候,都要測(cè)試實(shí)際溫度是否符合所設(shè)定的溫度值。溫度設(shè)定的原理就是根據(jù)是有鉛焊接或者無鉛焊接設(shè)定相應(yīng)溫度,然后用溫度計(jì)(或者熱電偶)測(cè)試實(shí)際溫度,然后根據(jù)實(shí)際溫度調(diào)節(jié)設(shè)定的溫度,使之達(dá)到理想的溫度進(jìn)行焊接。在焊接的過程中,一定要BGA返修工作站,PCB,BGA在同一水平線上,焊接過程中不能發(fā)生震動(dòng),不然會(huì)使錫球融化的時(shí)候發(fā)生橋接,造成短路。
PCB板的設(shè)計(jì)一般好的板子不僅節(jié)約材料,而且各方面的電氣特性也是很好的,比如散熱、防干擾等。
對(duì)電路板焊接焊接質(zhì)量的檢查方法有目視法、紅外探測(cè)法、在線測(cè)試法等。在這幾種方法中,經(jīng)濟(jì)、常用的是目視法,它經(jīng)濟(jì)方便、簡(jiǎn)單可行。其它幾種方法需一定的設(shè)備支持。它們雖投資較大,但可高的檢查可靠性。?[1]?
1目視法
目視法靠人的眼睛直接觀察焊點(diǎn)表面的焊接情況,可檢查出潤(rùn)濕性不良、焊錫量不適宜、焊盤脫落、橋接、小錫球?yàn)R出、焊點(diǎn)無光澤以及漏焊等焊接缺陷。目視法簡(jiǎn)易的工具是放大鏡,一般使用帶燈的5~10倍固定式放大鏡。它完全適用于密度不高的電路板焊接的檢查。這種工具的缺點(diǎn)是檢查人員易疲勞,而較好的目視檢查儀器是攝像式屏幕顯示檢查儀,它的放大倍數(shù)可調(diào),多可達(dá)80一90倍。它通過CCD把板子的焊接部位顯示在屏幕上,人們可以像看電視一樣觀察屏幕。較次的檢查儀可在兩個(gè)方向自動(dòng)移動(dòng)電路板焊接,也可自動(dòng)定位,實(shí)現(xiàn)對(duì)PCBA關(guān)鍵部位的檢查。配上錄像機(jī),可記錄檢查結(jié)果。?[1]?
2紅外探測(cè)法
紅外探測(cè)法利用紅外光束向電路板焊接焊點(diǎn)輻射熱量,再檢測(cè)焊點(diǎn)熱量釋放曲線是否正常,從而判別該焊點(diǎn)內(nèi)部是否有空洞,達(dá)到間接檢查焊接質(zhì)量的目的。這種檢查方法適合于大批量、自動(dòng)焊接,且焊盤一致性好、元器件體積差別不大的情況。否則,其它因素對(duì)于焊點(diǎn)散熱特性影響太大.誤檢率就會(huì)增大。由于這種檢測(cè)方法受到的限制條件較多,畢竟任何一種電路板焊接的焊點(diǎn)大小都會(huì)有差別。因此,在電子產(chǎn)品檢測(cè)中應(yīng)用較少。?[1]?
3X光透視法
X光透視法利用X光透過焊料的能力沒有透過銅、硅、FR一4等材料的能力強(qiáng)的特點(diǎn)來顯示焊接厚度、形狀及質(zhì)量的密度分布等。這種檢測(cè)方法適用于看不到的焊點(diǎn)(即隱性焊接)。它將待測(cè)電路板焊接置于X光的通道中,在顯示屏上可以看出焊點(diǎn)焊料阻礙X光通過所形成的焊點(diǎn)輪廓。?[1]?
4在線測(cè)試法
在線測(cè)試法是用在線測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)的,它通過測(cè)試儀上稱作“針床”的信號(hào)連接部件把電路板焊接上的測(cè)試點(diǎn)與測(cè)試儀連通。可以檢查電路板焊接的開路、短路及故障元件,也可檢查元件的功能,如電阻電容的數(shù)值、晶體管的極性等。通過IC的浮腳測(cè)試方法可檢查出IC的虛焊管腳。如果電路板的元器件密度大,不好設(shè)置所需的測(cè)試點(diǎn),可以利用邊界掃描技術(shù),把那些測(cè)試點(diǎn)通過設(shè)計(jì)的測(cè)試電路匯集到電路板焊接的邊緣連接器,使在線測(cè)試儀能測(cè)到所需的各個(gè)位置的點(diǎn)。