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BGA元件的维修技术及操作方法


来源:乐橙娱乐官网 | 时间:2019-01-12

  球栅列阵封装技术(Ball Gird Arroy),简称BGA封装早在80年代已用于尖端军备、导弹和航天科技中。

  随着半导体工艺技术的发展,近年来在手机亦广泛地使用到BGA封装IC元件,它对于手机的微型化和多功能化起到决定性作用。但是,手机制造商却同时利用BGA元件的难维修性,人为加进某些限制来制约手机维修业界,使我们在维修BGA过程中碰到一定的困难,甚至无从下手。笔者从事电子通讯维修十年,并对SMD元件的焊接、解焊设备略有琢磨,籍此向同行介绍BGA元件的维修技术与操作技能,望能以抛砖引玉,将技术提高到更高层次。

  BGA在PCB板上的装联焊接本是电子工厂自动化设备进行的,业余情况下碰到上述的问题虽有难度,但凭着细心、严谨、科学的态度,借助先进的返修设备工具,操作容易、成功率是较大的。

  BGA维修的成败,很大程度上决定于植锡工具及热风枪。笔者及很多同行碰到最多的难题还是植锡困难和850操作温度和风压无谱,就算采用白光850热风枪也都会因电压变动的原因,温度和气流也很难掌握,不知不觉中损坏BGA和主板,因此成功率不高。笔者从维修设备市场几经筛选,从精度、可靠性、科学性角度最终还是选用了以下的设备和工具(如下图):

  将SUNKKO 852B的参数状态设置为:温度280℃~310℃;解焊时间:15秒;风流参数:×××(1~9档通过用户码均可预置);(如下图)

  最后将拆焊器设到自动模式状态,利用SUNKKO 202 BGA 防静电植锡维修台,用万用顶尖将手机PCB板装好并固定在维修台上。

  解焊前切记芯片的方向和定位,如PCB上没有印定位框,则用记号笔沿四周划上,在BGA底部注入小量助焊剂,选择合适被解焊BGA尺寸的BGA专用焊接喷头装到852B上,

  将手柄垂直对准BGA,但注意喷头须离开元件约4mm,按动852B手柄上的启动键,拆焊器将以预置好的参数作自动解焊。

  解焊结束后在2秒后用吸笔将BGA元件取下,这样可使原锡球均匀分在PCB和BGA的焊盘上,好处是便于续后的BGA焊接。如出现PCB焊盘上有余锡搭连,则用防静电焊台处理均匀,严重的搭连,可以PCB上再涂一次助焊剂,再次启动852B对PCB加温,最终使锡包整齐光滑。通过防静电焊台采用吸锡带将BGA上的锡完全吸除。注意防静电和不要过温,否则会破坏焊盘甚至主板。

  使用高纯的洗板水将PCB焊盘清洁擦净,采用超声清洗器(要带防静电装置)装入洗板水,将拆下的BGA进行清洗干净。

  BGA芯片的植锡须采用激光打孔的具有单面喇叭型网孔之钢片,钢片厚度要求有2mm厚,并要求孔壁光滑整

  齐,喇叭孔的下面(接触BGA的一面孔)应比上面(刮锡进去小孔)大10μm~15μm。(上述两点通过十倍的放大镜就可以观察出)。这样才能使漏印而锡浆容易落到BGA上,要注意现市场上较多的劣质钢片都不是激光加工的,而是化学腐蚀法,它除了孔壁粗糙不规则,网孔没有喇叭形或出现双面喇叭孔,这类钢片在植锡时碰到的困难就很大了。采用上述的BGA维修台中之植锡功能→模板和钢片,先在定位模板找到相应的凹位,将BGA元件用双面

  胶粘到凹槽内,将带有精密定位方、圆孔的钢片放到定位模板上,再用其附件磁力压块将钢片压贴模板上。由于该套工具独特的三重精密定位装置(BGA→模板→钢片),保证就算闭上眼亦能将钢片网孔很方便、很准确地对准BGA元件小焊盘(但切记钢片刻有字的为向上)。用小刮刀将小量的、较浓稠的锡浆刮到钢片的网孔里,当所有网

  上即漏印出小锡堆,再次用拆焊器如前述对其加温,使BGA上锡堆变成列阵均匀的锡球。如个别焊盘未有锡球,可再压上钢片进行局部补锡。笔者不赞同连钢片一起加温的办法,因为这样除影响植锡球外,还会将精密的钢片热变形而损坏。

  在BGA锡球和PCB焊盘上沾上小量较浓的助焊剂(要求高纯,可采用活性松香加入到分析纯酒精中溶解出),找回原来的记号放置BGA。助焊的同时可对BGA进行粘接定位,防止被热风吹走,但要注意不能放太多焊剂,否则加温时亦会由于松香产生过多的气泡使芯片移位。PCB板同样亦是安放于防静电维修台中用万用顶尖固定并须水平安放。将智能拆焊器参数预设为温度260℃~280℃,焊接时间:20秒,气流参数不变。BGA喷咀对准芯片并离开4mm时,触发自动焊接按钮。随着BGA锡球的熔化与PCB焊盘形成较优良的锡合金焊接,并通过锡球的表面张力使芯片即使原来与主板有偏差亦会自动对中,如此大功告成。注意焊接过程中不能对BGA进行施压力,哪怕风压太大亦会使BGA下面锡球间出现短路。

  大家知道BGA元件的娇,亦知道PCB主板的嫩,是异常精密的多层立体交叉式布线,大部分的过层走线只有头发丝的几分之一,因此在焊接过程中往往是决定BGA成败的关键。拆焊器的操作与调整相当重要,一是温度,二是气流风压,都必须一清二楚,不能随便,否则前功尽废,甚至带来无可修复毁坏结果,所以使用传统850型热风枪就要格外小心,最好先用温度计先测量出热风温度,切不要拿BGA线路板去试吹。为什么相当维修人员觉得焊接BGA太难,主要还是无法掌握热风枪的热风参数,依靠主观判断或经验去焊接高要求、高精度的BGA元件,从实际和科学的角度上来看,非常的不严谨,自然成功的几率也就低了。

  ①BGA锡球应与PCB焊盘所形成的合金成份变得脆、硬并且由于高温氧化而生成疏松的晶粒结构,PCB在装机时氧化的锡球受力容易断裂,出现不良虚焊。

  ②超温会使嫩的多层布线主板局部过热变形,严重时起泡分层而报废。同时,现时相当多的维修者使用热风枪吹焊BGA时因为没有专用BGA风咀,简单采用将热风枪原喷咀拿掉进行操作,由于此时的热风范围很大,往往是将BGA旁的SMD元件一起受热,造成了BGA是焊好了,但其周边的不耐热元件(如钽电解电容、陶瓷元件等)则烧坏,而使用BGA专用风咀就可以安全避免这问题的发生。 过大的风流风压施加在BGA芯片上,等同于外力压到芯片上,由于BGA芯片轻而薄,有可能使锡球内部搭连,前功尽弃。因此,在焊接BGA过程中,科学地设置合适的温度、风流、时间、焊接区域四个参数显得尤为重要。

  非专业人员都不具备专用检查BGA焊接质量的X线探测设备,因此我们只能借助放大镜灯对已焊上PCB的BGA元件进行检查,主要是芯片是否对中,角度是否相对应,与PCB 是否平行,有无从周边出现焊锡溢出,甚至短路等,否则都要重新拆焊,绝不能草率地通电试机,以免扩大故障面。而只有在检查无误时方可通电检查电性能和功能。另外,在通电检查性能功能正常后,应对BGA元件及PCB进行超声清洗,以去掉多余的助焊剂和有可能出现的锡屑。

  BGA元件安装在手机主板,除了利用锡球焊接PCB外,还在BGA和PCB之间的缝隙注入强力胶水进行加固。而在我们的维修过程中,如何将胶水去掉以利植锡和焊接,这是技能之一;在BGA或PCB的拆焊过程中,由于对热风枪温度的难以掌握,往往会错手损坏焊盘甚至脱落,碰到这个问题该如何办呢?这是技能之二;今后随着手机设计技术的发展,其内部线路将大规模地集成为单片化BGA,这样使得BGA的尺寸增大许多,事实上现在有些机型已是这样,而在返修这种大型BGA时,我们应掌握那些较科学的方法,而不是让读者去猜什么绝技呢。这是技术之三。以下分别一一介绍。

  据笔者掌握,现在手机主板和BGA之间所使用的胶水,基本是三大类型:①醚类粘胶。②环氧树脂粘胶。③聚脂粘胶。而这些胶水在生产施工时,有可能是双组份型固化或紫外光固化,因此,如要对其进行溶胶处理,确有一定困难。现在我们所采取的有效办法是:选取对应的溶胶水并要选无腐蚀性的和挥发量小的。对于解焊BGA同时拆除胶水的,采用智能型拆焊器控制好温度先将BGA与衣板分离,通过合适的温度使胶水变软,但注意胶水未软化前绝不能强行拆拔BGA,否则损无疑。现在市场上的BGA溶胶水,实际效果并不理想,主要是溶胶时间过长(有些需2-3小时)。而笔者采用了煮汤办法大大地加速胶水的溶化:找一个小金属盒,如最好是清凉油的铁盒,将其清洗干净后作为锅,煮汤时将带有胶水的BGA元件放入,然后倒入小量溶胶水,将盖合上。锅放置于恒温焊台的烙铁部分,将温度调校到200℃~250℃,烙铁将加热熔胶水,并加速BGA上胶水的分离。但注意如采用的是挥发性强的溶胶水被加热,会造成金属盒上盖冲开,所以小心为上。而主板上残存的胶水,则采用恒温拆焊器定温250℃~280℃先将其加热,然后涂熔胶水,经多次反复直至清除。

  无论是BGA或是PCB上的焊盘,都是采用铜银合金通过电铸沉积出来的,它在常温时是有足够的机械强度的,但在温度影响特别是超温时,则容易脱落。而我对其修复的办法很简单并可靠:

  ①通过放大镜或显微镜观察,用较尖的刀锋将脱掉焊盘留下的根,小心地刮开一个小凹圆坑,尺寸与原焊盘稍大些,约0.1mm深度,并刮出根的金属光泽出来;

  ②采用耐高温导电胶微量涂上(为修复出与原焊盘相同的焊盘,可以采用BGA植锡钢片反面压上进行漏印上去),然后用150℃左右的热风加热约20分钟,即可成为一个即能耐300℃高温,亦能导电的修复焊盘,而某些文章介绍采用细铜线绕成焊盘状再用锡去焊象头发丝大小的根,就算能焊上,我们可以想象出有多大的机械吸附强度?并且在续后的对BGA焊接到主板上时,这样的焊盘在受温度加热时,非常容易再脱落,造成前功尽弃。(关于耐高温导电胶,如读者需要的,可与笔者联系)

  大型单片式BGA芯片,通常指比拆焊器头大的IC。笔者在维修手提电脑时经常碰到,而现今的手机亦开始应用起来了。或许,会有人认为返修小型BGA与大型BGA都同样操作即可,那是错误的。原因是小型BGA面积小,相对来说属于点型,其对PCB的应力可忽略;而大型BGA面积大,相对来说属地面型,其对PCB的应力就需要考虑了。应力变大会出现什么样情况?大家想想BGA钢片受热时,越大的钢片变型越大,这就是应力的作用。如果你维修的手机主板由于大面积加热而出现应力形变,那么您可以想象有什么后果了,因些,碰到这些机子时,应注意三点:1)还是注意温度的设定;2)一定要采用BGA专用喷咀,不要大面积乱吹;3)要采用上下同时加热办法消除和减小受热应力。 具体方法如下:采用BGA维修平台水平固定好主板,在被拆BGA下方放置SUNKKO 853辅助预热台,将温度设定于200℃~220℃,并恒温1分钟,BGA上方仍采用SUNKKO 852并装置BGA喷咀,选择设置参数(参阅上期介绍),即可安全快捷地拆下和焊上大型BGA元件。

  BGA元器件的维修,是一项技术性与技巧性很强的操作,绝不能来得马虎了事,必须切记细心、严谨、科学的态度,能借助先进的返修设备就尽可能使用,有先进工艺的就应学习和采用,不要被一些土办法所迷惑,否则赔了夫人又折兵,将原来不大的故障扩大化,甚至将主板报废了。笔者相信,有业界各高手的不断研究创新,手机BGA的返修技术一定能更先进、更容易、更科学。

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