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arm處理器芯片是通過BGA焊接到印刷電路板上的。

ARM芯片一般采用BGA封裝

BGA Ball Grid Array Package 球柵陣列封裝 廣泛應(yīng)用于集成電路的封裝   如FPGA/CPLD 主板南北橋，手機芯片，它的焊接是否良好，直接關(guān)系到所做產(chǎn)片的可靠性和壽命.

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ARM芯片一般采用BGA封裝
BGA Ball Grid Array Package 球柵陣列封裝 廣泛應(yīng)用于集成電路的封裝 如FPGA/CPLD 主板南北橋，手機芯片，它的焊接是否良好，直接關(guān)系到所做產(chǎn)片的可靠性和壽命，我焊接由BGA封裝的芯片不久，想寫點感想，希望大家多多指教。 1 工藝技術(shù)原理 BGA焊接采用的回流焊的原理。這里介紹一下錫球在焊接過程中的回流機理。 當(dāng)錫球至于一個加熱的環(huán)境中，錫球回流分為三個階段： 預(yù)熱： 首先，用于達到所需粘度和絲印性能的溶劑開始蒸發(fā)，溫度上升必需慢(大約每秒5° C)，以限制沸騰和飛濺，防止形成小錫珠，還有，一些元件對內(nèi)部應(yīng)力比較敏感，如果元件外部溫度上升太快，會造成斷裂。 助焊劑（膏）活躍，化學(xué)清洗行動開始，水溶性助焊劑（膏）和免洗型助焊劑（膏）都會發(fā)生同樣的清洗行動，只不過溫度稍微不同。將金屬氧化物和某些污染從即將結(jié)合的金屬和焊錫顆粒上清除。好的冶金學(xué)上的錫焊點要求“清潔”的表面。 當(dāng)溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒首先單獨熔化，并開始液化和表面吸錫的“燈草”過程。這樣在所有可能的表面上覆蓋，并開始形成錫焊點。 回流： 這個階段最為重要，當(dāng)單個的焊錫顆粒全部熔化后，結(jié)合一起形成液態(tài)錫，這時表面張力作用開始形成焊腳表面，如果元件引腳與PCB焊盤的間隙超過4mil（1 mil = 千分之一英寸），則極可能由于表面張力使引腳和焊盤分開，即造成錫點開路。 冷卻： 冷卻階段，如果冷卻快，錫點強度會稍微大一點，但不可以太快而引起元件內(nèi)部的溫度應(yīng)力。 1.1采用的工藝原理 對于BGA的焊接，我們是采用BGA Rework Station（BGA返修工作站）進行焊接的。不同廠商生產(chǎn)的BGA返修工作站采用的工藝原理略有不同，但大致是相同的。這里先介紹一下溫度曲線的概念。BGA上的錫球，分為無鉛和有鉛兩種。有鉛的錫球熔點在183℃～220℃，無鉛的錫球熔點在235℃～245℃. 這里給出有鉛錫球和無鉛球焊接時所采用的溫度曲線。 從以上兩個曲線可以看出，焊接大致分為預(yù)熱，保溫，回流，冷卻四個區(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緩慢升溫和保溫的過程。明白了這個基本原理，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。在這個區(qū),電路板和元器件的熱容不同,他們的實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,如陶瓷電容的細微裂紋。而溫度上升太慢,焊膏會感溫過度,溶劑揮發(fā)不充分,影響焊接質(zhì)量。爐的預(yù)熱區(qū)一般占整個加熱區(qū)長度的15～25 %。 保溫區(qū)：有時叫做干燥或浸濕區(qū),這個區(qū)一般占加熱區(qū)的30 ～ 50 %。活性區(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。在這個區(qū)域里給予足夠的時間使熱容大的元器件的溫度趕上較小元件,并保證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,整個電路板的溫度達到平衡。應(yīng)注意的是PCB上所有元件在這一區(qū)結(jié)束時應(yīng)具有相同的溫度,否則進入到回流區(qū)將會因為各部分溫度不均產(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）沒有足夠的時間活性化,溫度曲線的斜率是一個向上遞增的斜率。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)：有時叫做峰值區(qū)或最后升溫區(qū),這個區(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。活性溫度總是比合金的熔點溫度低一點,而峰值溫度總是在熔點上。典型的峰值溫度范圍是焊膏合金的熔點溫度加40℃左右,回流區(qū)工作時間范圍是20 – 50s。這個區(qū)的溫度設(shè)定太高會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,或工作時間太長可能引起PCB的過分卷曲、脫層或燒損,并損害元件的完整性。回流峰值溫度比推薦的低,工作時間太短可能出現(xiàn)冷焊等缺陷。 冷卻區(qū)：這個區(qū)中焊膏的錫合金粉末已經(jīng)熔化并充分潤濕被連接表面,應(yīng)該用盡可能快的速度來進行冷卻,這樣將有助于合金晶體的形成,得到明亮的焊點,并有較好的外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會導(dǎo)致電路板的雜質(zhì)更多分解而進入錫中,從而產(chǎn)生灰暗粗糙的焊點。在極端的情形下,其可能引起沾錫不良和減弱焊點結(jié)合力。冷卻段降溫速率一般為3～10 ℃/ S。 1.2工藝方法 在焊接BGA之前，PCB和BGA都要在80℃～90℃，10～20小時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)烘烤溫度和時間。沒有拆封的PCB和BGA可以直接進行焊接。特別指出，在進行以下所有操作時，要佩戴靜電環(huán)或者防靜電手套，避免靜電對芯片可能造成的損害。在焊接BGA之前，要將BGA準(zhǔn)確的對準(zhǔn)在PCB上的焊盤上。這里采用兩種方法：光學(xué)對位和手工對位。目前主要采用的手工對位，即將BGA的四周和PCB上焊盤四周的絲印線對齊。這里有個具竅：在把BGA和絲印線對齊的過程中，及時沒有完全對齊，即使錫球和焊盤偏離30%左右，依然可以進行焊接。因為錫球在融化過程中，會因為它和焊盤之間的張力而自動和焊盤對齊。在完成對齊的操作以后，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），然后選擇對應(yīng)的溫度曲線，啟動焊接，待溫度曲線完畢，冷卻，便完成了BGA的焊接。 在生產(chǎn)和調(diào)試過程中，難免會因為BGA損壞或者其他原因更換BGA。BGA返修工作站同樣可以完成拆卸BGA的工作。拆卸BGA可以看作是焊接BGA的逆向過程。所不同的是，待溫度曲線完畢后，要用真空吸筆將BGA吸走，之所以不用其他工具，比如鑷子，是因為要避免因為用力過大損壞焊盤。將取下BGA的PCB趁熱進行除錫操作（將焊盤上的錫除去），為什么要趁熱進行操作呢？因為熱的PCB相當(dāng)與預(yù)熱的功能，可以保證除錫的工作更加容易。這里要用到吸錫線，操作過程中不要用力過大，以免損壞焊盤，保證PCB上焊盤平整后，便可以進行焊接BGA的操作了。 取下的BGA可否再次進行焊接呢？答案是肯定的。但在這之前有個關(guān)鍵步驟，那就是植球。植球的目的就是將錫球重新植在BGA的焊盤上，可以達到和新BGA同樣的排列效果。這里詳細介紹下植球。這里要用到兩個工具鋼網(wǎng)和吸錫線 首先我們要把BGA上多余的錫渣除去，要求是要使BGA表面光滑，無任何毛刺（錫形成的）。 第一步——涂抹助焊膏（劑） 把BGA放在導(dǎo)電墊上，在BGA表面涂抹少量的助焊膏（劑）。 第二步——除去錫球 用吸錫線和烙鐵從BGA上移除錫球。在助焊膏上放置吸錫線把烙鐵放在吸錫線上面 在你在BGA表面劃動洗錫線之前，讓烙鐵加熱吸錫線并且熔化錫球。 注意:不要讓烙鐵壓在表面上。過多的壓力會讓表面上產(chǎn)生裂縫者刮掉焊盤。為了達到最好的效果，最好用吸錫線一次就通過BGA表面。少量的助焊膏留在焊盤上會使植球更容易。 第三步——清洗 立即用工業(yè)酒精（洗板水）清理BGA表面，在這個時候及時清理能使殘留助焊膏更容易除去。 利用摩擦運動除去在BGA表面的助焊膏。保持移動清洗。清洗的時候總是從邊緣開始，不要忘了角落。 清洗每一個BGA時要用干凈的溶劑 第四步——檢查 推薦在顯微鏡下進行檢查。觀察干凈的焊盤，損壞的焊盤及沒有移除的錫球。 注意:由于助焊劑的腐蝕性，推薦如果沒有立即進行植球要進行額外清洗。 第5步——過量清洗 用去離子水和毛刷在BGA表面用力擦洗。 注意:為了達到最好的清洗效果，用毛刷從封裝表面的一個方向朝一個角落進行來回洗。循環(huán)擦洗。 第6步——沖洗 用去離子水和毛刷在BGA表面進行沖洗。這有助于殘留的焊膏從BGA表面移除去。 接下來讓BGA在空氣中風(fēng)干。用第4步反復(fù)檢查BGA表面。 如果在植球前BGA被放置了一段時間，可以基本上確保它們是非常干凈的了。不推薦把BGA放在水里浸泡太長的時間。 在進行完以上操作后，就可以植球了。這里要用到鋼網(wǎng)和植臺。 鋼網(wǎng)的作用就是可以很容易的將錫球放到BGA對應(yīng)的焊盤上。植球臺的作用就是將BGA上錫球熔化，使其固定在焊盤上。植球的時候，首先在BGA表面（有焊盤的那面）均勻的涂抹一層助焊膏（劑），涂抹量要做到不多不少。涂抹量多了或者少了都有可能造成植球失敗。將鋼網(wǎng)（這里采用的是萬能鋼網(wǎng)）上每一個孔與BGA上每一個焊盤對齊。然后將錫球均與的倒在鋼網(wǎng)上，用毛刷或其他工具將錫球撥進鋼網(wǎng)的每一個孔里，錫球就會順著孔到達BGA的焊盤上。進行完這一步后，仔細檢查有沒有和焊盤沒對齊的錫球，如果有，用針頭將其撥正。小心的將鋼網(wǎng)取下，將BGA放在高溫紙上，放到植球臺上。植球臺的溫度設(shè)定是依據(jù)有鉛錫球220℃，無鉛錫球235℃來設(shè)定的。植球的時間不是固定的。實際上是根據(jù)當(dāng)BGA上錫球都熔化并表面發(fā)亮，成完整的球形的時候來判定的，這些通過肉眼來觀察。可以記錄達到這樣的狀態(tài)所用時間，下次植球按照這個時間進行即可。 BGA植球是一個需要耐心和細心的工作，進行操作的時候要仔 細認(rèn)真。 1.3國內(nèi)外水平現(xiàn)狀 BGA（Ball Grid Array Package）是這幾年最流行的封裝形式 它的出現(xiàn)可以大大提高芯片的集成度和可制造性。由于我國在 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)對位，X-RAY功能的BGA返修站就更為少見。 1.4 解決的技術(shù)難點 在實際的工作當(dāng)中，會遇到不同大小，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。 造成溫度不對的原因有很多，還有一個原因就是在測試溫度曲線的時候，都是在空調(diào)環(huán)境下進行的，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溫度曲線的時候會偏高或偏低。所以在每次進行焊接的時候，都要測試實際溫度是否符合所設(shè)定的溫度值。溫度設(shè)定的原理就是首先根據(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（或者熱電偶）測試實際溫度，然后根據(jù)實際溫度調(diào)節(jié)設(shè)定的溫度，使之達到最理想的溫度進行焊接。在焊接的過程中，一定要保證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，不然會使錫球融化的時候發(fā)生橋接，造成短路。