從PCB移除PBGA封裝

    如何從印刷電(diàn)路闆 (PCB) 移除塑封球栅陣列封裝 (PBGA)，ADI給出一套從PCB移除PBGA 封裝的建議返修程序。

    PBGA是一種封裝形式，其主要區(qū)别性特征是利用焊球陣列來(lái)與基闆（如PCB）接觸。此特性使得(de)PBGA相對于其他引腳配置不同的封裝形式（如單列、雙列直插、四列型）有(yǒu)一個(gè)優勢，那(nà)就是能夠實現更高(gāo)的引腳密度。PBGA封裝內(nèi)部的互連通(tōng)過線焊或倒裝芯片技(jì)術(shù)實現。包含集成電(diàn)路的PBGA芯片封裝在塑封材料中。

    圖1. PBGA器(qì)件示意圖PBGA器(qì)件返修将PBGA器(qì)件裝配到PCB上(shàng)之後，若發現缺陷，應當返修以移除不良器(qì)件，并換上(shàng)工作(zuò)正常的器(qì)件。移除器(qì)件之前，應加熱不良器(qì)件直至焊接接頭液化，以便于從電(diàn)路闆上(shàng)移除不良器(qì)件。

    常規返修程序如下

    ❶ 準備闆子

    ❷ 移除器(qì)件

    ❸ 清潔PCB焊盤

    ❹ 塗敷焊膏

    ❺ 器(qì)件對齊和(hé)貼片

    ❻ 固定器(qì)件

    ❼ 檢查

    具體(tǐ)介紹以上(shàng)7個(gè)步驟前，先來(lái)說說移除器(qì)件和(hé)分層該注意的事兒。

    移除器(qì)件時(shí)，可(kě)能會(huì)在PBGA和(hé)/或PCB上(shàng)産生(shēng)機械應力。應小(xiǎo)心移除不良器(qì)件，避免損傷PCB、鄰近器(qì)件及不良器(qì)件本身，尤其是若用戶打算(suàn)對不良器(qì)件進行(xíng)故障分析時(shí)。

    PBGA器(qì)件上(shàng)若有(yǒu)過大(dà)應力，例如将器(qì)件加熱到額定峰值溫度以上(shàng)或過度暴露于高(gāo)溫下，可(kě)能導緻封裝分層或外部物理(lǐ)損壞（參見圖2和(hé)圖3）。對于要做(zuò)進一步分析的器(qì)件，移除不當所引起的分層會(huì)加大(dà)找出真正故障機制(zhì)的難度。因此，為(wèi)了進行(xíng)有(yǒu)效的故障分析，妥善移除不良器(qì)件是十分必要的。

圖2. 過度加熱引起PBGA器(qì)件的基闆和(hé)塑封材料之間(jiān)分層 （通(tōng)過掃描聲學顯微鏡觀測）

圖3. 過度加熱導緻PBGA上(shàng)出現裂紋的低(dī)放大(dà)率圖像 （側視(shì)圖）準備闆子

    強烈建議在返修開(kāi)始前對PCB組件進行(xíng)幹烘，以消除殘留水(shuǐ)分。若不消除，在回流期間(jiān)，殘留水(shuǐ)分可(kě)能會(huì)因為(wèi)“爆米花(huā)效應”而損傷器(qì)件。在125°C下烘烤PCB組件至少(shǎo)4小(xiǎo)時(shí)，隻要這些(xiē)條件不超過PCB上(shàng)其他器(qì)件的額定限值。如果這些(xiē)條件超過其他器(qì)件的額定限值，則應使用聯合行(xíng)業标準IPC/JEDEC J-STD-033中說明(míng)的備選烘烤條件。

    移除器(qì)件

    可(kě)使用不同的工具來(lái)移除器(qì)件。為(wèi)了移除器(qì)件，可(kě)能要加熱器(qì)件，直至焊料回流，然後在焊料仍處于液态時(shí)通(tōng)過機械手段移除器(qì)件。可(kě)編程熱空(kōng)氣返修系統可(kě)提供受控溫度和(hé)時(shí)間(jiān)設置。返修時(shí)應遵循器(qì)件裝配所用的溫度曲線。返修溫度不得(de)超過濕度靈敏度等級 (MSL) 标簽上(shàng)規定的峰值溫度。加熱時(shí)間(jiān)可(kě)以縮短(duǎn)（例如針對液化區(qū)），隻要實現了焊料完全回流即可(kě)。焊料回流區(qū)處于峰值溫度的時(shí)間(jiān)應小(xiǎo)于60秒(miǎo)。拾取工具的真空(kōng)壓力應小(xiǎo)于0.5 kg/cm2，以防器(qì)件在達到完全回流之前頂出，并且避免焊盤浮離。請(qǐng)勿再使用從PCB上(shàng)移除的器(qì)件。

    控制(zhì)返修溫度以免損壞PBGA器(qì)件和(hé)PCB。應當考慮由于熱質量不同，相比基于引線框的封裝，例如标準外形集成電(diàn)路 (SOIC) 和(hé)引線框芯片級封裝 (LFCSP)，PBGA的加熱速度可(kě)能更快。注意，用耐熱帶蓋住器(qì)件周圍的區(qū)域可(kě)提供進一步的保護。此外，建議加熱PCB下方以降低(dī)PCB上(shàng)下兩面的溫差，使闆彎曲最小(xiǎo)。

    定義返修工具設置時(shí)，應标定溫度曲線。首次返修特定器(qì)件時(shí)，這種标定尤其重要。還(hái)需要利用不同的主體(tǐ)尺寸、焊料成分或不同的PCB材料、配置、尺寸和(hé)厚度對PBGA器(qì)件進行(xíng)标定，因為(wèi)它們可(kě)能有(yǒu)不同的熱質量值。

    标定必須包括對溫度、時(shí)間(jiān)和(hé)設備工具的其他設置進行(xíng)監控（參見圖4）。應将熱電(diàn)偶裝配到闆組件的不同部分，如PBGA器(qì)件上(shàng)部和(hé)PCB上(shàng)部（參見圖5）。分析時(shí)間(jiān)和(hé)溫度曲線數(shù)據，從評估中獲得(de)器(qì)件移除的有(yǒu)效參數(shù)。

圖4. 器(qì)件移除評估的簡化流程圖

圖5. 器(qì)件移除标定設置示意圖清潔PCB焊盤

    将器(qì)件精準貼放到電(diàn)路闆上(shàng)是很(hěn)重要的。帶分光束光學系統的貼片設備有(yǒu)助于PBGA和(hé)電(diàn)路闆的對齊。此類成像系統涉及到将PBGA焊球鏡像疊放在PCB焊盤鏡像上(shàng)（參見圖10）。貼片機必須具有(yǒu)支持用戶沿x軸和(hé)y軸進行(xíng)微調（包括旋轉）的能力。