BGA与QFP元件的修理

BGA与QFP元件的修理
本文介绍，使用现有的技术和技术员来修理这些流行的包装，可帮助你节省时间、金钱和元件。

今天的自动设备使得高成本的球栅阵列(BGA, ball grid array)和方平包装(QFP,quad flat pack)元件的修理符合逻辑。

节省时间、金钱和元件，改进电路板的合格率，和提供更快速的服务是一些优势。

使用相对简单的设备和现有的技术员，重建和恢复两种类型元件包装上的连接介质是可能的。

BGA的情况
球栅阵列技术由于其高输入/输出(I/O)数而吸引人。

这个优势克服了由于X光机器价钱昂贵所引起的对检查的批评。

从分离棱镜(split-prism到机械嵌套(mechanical nesting)的贴装技术都是现成的，印刷和回流温度曲线容易获得。

可是，取下之后元件的重整锡球(reballing)总是不如人意。

不象许多元件技术，在不毁坏连接介质的情况下，BGA可能是不能从PCB 上取下的(图一)。

一半的BGA锡球留在装配上，另一半保留在元件上，通常是象焊锡冰柱一样，因此在任何返修尝试之前，要求全部的锡球重整和PCB焊盘的准备。

现有的BGA解决方法
一个方法是预成型(preform)的使用，锡球以所希望的排列/间格矩阵嵌入水溶性的助焊剂介质中。

一个预成型大约US$10，这个方法成本高。

预成型被放在底朝上的BGA顶面上，并回流。

希望整个球的转移发生，水溶性介质被清洗，因此恢复了元件包装。

另一个方法是模拟原始的制造技术，将助焊剂凝胶或膏印刷到BT玻璃基板上，重力将预成型锡球装填到放在底朝上BGA上面的厚模板(stencil)上。

去掉过多的锡球，然后去掉模板，将元件送到炉中回流，形成所希望的连接。

虽然这个方法成本为US$40/100K锡球，比预成型便宜得多，但是一个更大的成本优势可通过使用另一种方法来实现- 锡膏。

而且使用锡膏方法，锡球不会弹走，落到满地都是。

一套使用锡膏方法的重整锡球的工具允许将锡膏印刷到零件上，回流时模板留在原位上，锡球在零件上形成。

当模板拿开时，零件完全修复。

重整锡球的工艺
BGA元件应该使用一个适当温度设定的热空气返修工具从PCB上取下。

PCB的焊盘必须清洁，一旦过多的焊锡去掉后，在元件贴装之前应该在印刷。

在元件贴装之后，PCB 应该在一个适当的加热曲线下回流焊接。

BGA需要把任何过多的焊锡去掉，可通过焊锡清扫工具、吸锡带或使用焊接烙铁以一个角度在零件上通过来完成。

以轻微的焊锡凸液面的形式留在BGA焊盘上的焊锡残留数量将不会太多增加锡球的体积。

当去掉多余的焊锡时，在零件的中央加热，将热源以螺旋的形式在零件表面上移动，均匀地加热。

然后，BGA装入一个基座，该机基座有一个放于现在底朝上的、适当定好尺寸的模板。

在模板调好与元件的水平后，用一把刮刀将锡膏印刷到模板的开孔内，多余的锡膏可用刮刀去掉(图二)。

然后装配可放在热空气工具下面，用合适的喷嘴和温度设定，零件在加热作用下来回移动，直到锡膏回流并形成单块的锡球。

同样，加热应该从中央开始，向外放射地或成螺旋状地移动，达到均匀加热的目的。

有时，由于模板未对准，锡球不会成球状或者不定位在焊盘中心。

为了更正，取下模
板，在热源下回流已上助焊剂的零件。

焊锡将会成球形，并通过焊锡表面张力对中心。

但这种技术，叫做“修整表面”，几乎很少需要。

BGA重整锡球(reballing)技术起作用是因为：
1、模板在大多数助焊剂条件下是焊锡不可熔湿的(non-wettable)，除了柑橘基(citrus-based)助焊剂配方。

一旦焊锡粘住模板开孔，该板就不好了。

使用推荐的助焊剂配方，模板简直可使用几百次，可能几千次，而不用更换。

2、因为当变成固体球时锡膏的体积缩小，缩小后开孔的半径大于球的半径，模板容易地从零件拿开- 特别是清洗之后。

3、该模板的不锈钢合金是经过冷轧的，造成金属内单个晶粒的拉长。

该金属只在一个方向弯曲，不管那面被加热。

板的放置要使其被加热时向零件弯曲。

这个金属的特性会使板推向零件，在每个BGA焊盘周围产生不漏焊锡的密封。

这个“堤档”将保持焊锡不迁移到其它焊盘，因此达到均匀统一的锡球尺寸。

在BGA被清洁后，它可重新对位放置在准备好的PCB上，回流焊接，恢复电路板装配。

QFP问题
方平包装(QFP, quad flat pack)的引脚经常被弯曲(图三)，最常见的是28-mm和更大的身体尺寸的零件。

金属包装的高质量与惯性似乎倾向于使QFP某种形式的损坏，特别如果矩阵托盘经受任何形式的冲击。

其结果是贻误计划、低装配合格率、和使客户不愉快。

把零件送回原处或出去修理，要花去宝贵的时间。

可是，你可以用自己修理的方法，经常，零件可回到开始拒绝它的贴片机。

QFP修理的选择
现在可买到装备有相机和机械触觉的机器，将元件引脚处理到满足JEDEC标准，但是，其价格可能是一个限制。

也有公司提供这类服务，但是，成本还是一个问题。

在工厂内部，使用探针和镊子来修理零件可能是一个较简单的方法。

你的修理工具也应该包括模板，它是有引脚的焊盘几何形状蚀刻在表面的薄板。

这些模板帮助处理引脚和作为最后“行/不行”的标准。

真空吸取笔帮助零件处理，完整的修理工具中也需要一块实验室AA级的花岗岩表面平板。

QFP修理操作
应该挑选一个轻手轻碰和手法稳健的操作员接受培训。

在修理之前，决定是否该元件可能挽救。

不是所有都可挽救的，引脚可能弯曲太严重，以至于只把它弯回位置都会折断。

这些操作应该在防静电工作台上进行，有适当的照明和放大镜。

有三到四个屈光镜的带照明的放大镜就可以了。

操作员应该选择一个适当的模板，把它粘贴在平面板上。

在模板内以及平面板上应该有足够的空间来处理QFP，因此可能有偏移。

元件放入调整模板上(图四)。

然后，技术员选择各种工具，应该从粗略的对准到越来越精细的调整。

通常操作可能要求镊子来拉出弯曲和扭曲的引脚，进行脚尖与脚跟的调整，平整脚杆和共面性调整。

模板是将引脚排列到适当间距的很好的设备。

引脚在其各自的穴内，可移动膝部到位而不移动引脚的其它部分。

模板也是最后检查间距的最好工具。

平面板，只有0.00002" 的不平面误差，对脚尖的调整和共面性检查是很有用的。

在操作期间，技术员应该尽量减少引脚的进一步弯曲。

可是，在某些情况中，可能不
得不将一个脚移开来处理另一个脚。

应该避免进一步的弯曲，以允许在高疲劳环境下的生存。

结论
返修BGA和QFP元件可帮助你节省零件、时间和金钱。

这些节省也将帮助你满足顾客和管理层。

上面所描述的两者元件的返修工艺，应该考虑用作对任何挽救昂贵元件是合理的返工/修理运作。