使用無(wú)鉛焊料返工bga與csp元器件

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1、使用無(wú)鉛焊料返工BGA和CSP元器件?使用無(wú)鉛焊料拆除和更換BGA/CSP元器件的基本步驟非常直截了當(dāng)，主要包括以下六個(gè)步驟，即設(shè)定溫度曲線；拆除有缺陷的元器件；返工區(qū)域的清理和準(zhǔn)備；使用焊劑和焊膏重新貼裝元器件；回流焊接和檢驗(yàn)。由于使用無(wú)鉛焊料，返工工藝與使用傳統(tǒng)的共晶焊料有許多差別，工藝要求也更為嚴(yán)格?！》倒?duì)工藝設(shè)備的要求　　　很自然，BGA/CSP元器件的返工首選的方法是對(duì)流而不是輻射，焊烙鐵（熱傳導(dǎo)）也不是理想的選擇。即使在常規(guī)的BGA返工中，使用IR也很難，這是因?yàn)樘沾杉訜崞鞑荒軌蚩焖倮鋮s，從而高于回流溫度的時(shí)間很難控制；而使用對(duì)流容易進(jìn)行嚴(yán)格的工藝控制，有利于建立良好的

2、、可重復(fù)的溫度曲線，不會(huì)造成元器件被過(guò)分加熱，或高于回流溫度的時(shí)間持續(xù)太長(zhǎng)?！　　　?biāo)準(zhǔn)的回流由三個(gè)溫區(qū)構(gòu)成（表一）：預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)和回流區(qū)。回流過(guò)后是PCB冷卻至100℃以下的過(guò)程。使用無(wú)鉛組裝時(shí)，焊接工藝變得尤為關(guān)鍵。無(wú)鉛所需的較高溫度（達(dá)235℃）以及BGA/CSP對(duì)高溫的敏感性，使得不正確的溫度上升過(guò)程很容易損壞元器件。最新的返工設(shè)備多使用四個(gè)加熱區(qū)和一個(gè)系統(tǒng)可控的冷卻區(qū)。為返工設(shè)備增加一個(gè)可控制的預(yù)熱器，可以滿足無(wú)鉛的工藝要求。盡管設(shè)定任意溫度曲線的基本要求是人們都熟悉的，設(shè)置正確的、理想的曲線還是需要經(jīng)驗(yàn)和耐心?！　　≡骷?duì)溫度的要求　　　　一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)使用的氣體溫度超

3、過(guò)300℃時(shí)，BGA就會(huì)出現(xiàn)由于翹曲問(wèn)題，導(dǎo)致角落產(chǎn)生橋接，這被稱為“狗耳朵”現(xiàn)象。因此，回流區(qū)取265℃~285℃作為最高的氣體溫度。另一方面，無(wú)鉛焊膏回流需要相對(duì)較高的溫度，常用的最高焊接溫度的峰值為235℃?！　　　≡骷墓?yīng)商規(guī)定的元器件外緣的最高溫度為265℃，最常用的溫度范圍為240~250℃。這些溫度非常接近于225℃~233℃的焊接溫度。對(duì)無(wú)鉛來(lái)說(shuō)，更為嚴(yán)重的是，元器件允許滯留在高于回流溫度以上的時(shí)間，從共晶焊料的60~90秒降到無(wú)鉛所需的15~30秒，降幅達(dá)三至四倍。這意味著返工設(shè)備必須能夠快速升溫，并快速降溫。?　　元器件的兼容性　　　　許多制造廠家正向著無(wú)鉛焊

4、料球技術(shù)過(guò)渡，共晶焊料球在美國(guó)仍是標(biāo)準(zhǔn)選擇，元器件廠家則已經(jīng)將使用無(wú)鉛焊球作為標(biāo)準(zhǔn)。如果無(wú)鉛元器件能被用在通用的焊接工藝中，那么生產(chǎn)工藝就不必作大的改動(dòng)。因此，元器件是向著無(wú)鉛的趨勢(shì)發(fā)展，制造廠家只需生產(chǎn)一種元器件產(chǎn)品，就可以同時(shí)滿足使用無(wú)鉛或有鉛制程的生產(chǎn)企業(yè)的需求?！　夭钤O(shè)置　　　　元器件表面的溫差（溫度分布的均勻程度），是高質(zhì)量的返工和組裝所必須考慮的一個(gè)因素。通常，10℃的增量被認(rèn)為是可以接受的。器件上下部的溫度差是另一個(gè)重要因素。圖1中TC1、TC2、TC3的差都必須在10℃的范圍內(nèi)（從元器件的外緣到焊料球，以及從球到PCB下部），新的無(wú)鉛焊接工藝要求溫差最好在5℃。在小

5、的PCB上（如手機(jī)的線路板）使用較小的元器件，達(dá)到這一溫差控制不是很難，相反BGA越大，要達(dá)到該溫差就越難?！　囟惹€控制　　　　為確保焊點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)脆裂的現(xiàn)象，溫度需要得到更好的控制，包括加熱、快速升溫和降溫，特別是對(duì)板子底部的加熱過(guò)程。加熱板不能夠快速升溫和降溫，所以不適合于無(wú)鉛焊接工藝的應(yīng)用?；亓鳡t中升溫過(guò)程是由傳送帶的速度來(lái)控制的，而在返工過(guò)程中，由于焊點(diǎn)熔融或PCB處在約125℃以上的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)（由基板使用的材料而定）PCB不能移動(dòng)。因此，返工過(guò)程中，移動(dòng)PCB是不可取的，處于高于回流溫度的時(shí)間如果不可控制也是不行的。IR陶瓷加熱器就是不符合后一種要求的例子。滯留在回

6、流溫度以上時(shí)間，無(wú)鉛焊膏的范圍在15~30秒，對(duì)于免清洗共晶焊料來(lái)說(shuō)，通常為45~60秒?！　　　≡O(shè)置溫度曲線的原則有三點(diǎn)，即足以使焊料熔融和形成金屬間化合物；足以使焊劑活化和產(chǎn)生潤(rùn)濕的效果；以及使用足夠低的溫度以不損壞元器件和PCB。無(wú)鉛焊料使用的返工溫度曲線完全不同與有鉛共晶焊料，而且容差非常小，達(dá)到的難度較高。以下有一個(gè)例子，說(shuō)明了無(wú)鉛焊接溫度曲線與共晶焊料的標(biāo)準(zhǔn)曲線的差別，其中最關(guān)鍵的是溫度控制以及快速地升溫和冷卻　　　　正如前面所述，達(dá)到回流溫度以上的時(shí)間一般被限制在30秒，有的甚至只有15秒鐘。然而，整個(gè)表面和上下表面的溫差對(duì)于使焊點(diǎn)達(dá)到所需溫度又非常重要。元器件越大，它

7、的熱膨脹系數(shù)CTE的差別也就越大，如果從元器件的中心到元器件的角落的熱膨脹與PCB的膨脹不符的話，位于元器件角落的焊點(diǎn)就會(huì)處在受應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)無(wú)鉛焊點(diǎn)尤為關(guān)鍵?！　o(wú)鉛產(chǎn)品的檢測(cè)與含鉛的不同　　　　常用的共晶焊接工藝中，表面粗糙的焊點(diǎn)通常被作為不合格產(chǎn)品。然而，對(duì)無(wú)鉛的焊點(diǎn)，這卻是正常的現(xiàn)象。向無(wú)鉛過(guò)渡的公司需要實(shí)施全新的質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)。視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備需要對(duì)正面的光進(jìn)行控制，而不需要較強(qiáng)的背光，否則圖片看上去太亮和發(fā)光?！　　　z測(cè)BGA/CSP的傳統(tǒng)方法X射線目前