返修工艺介绍
BGA芯片返修系统的原理:通过热风回流的方式,使BGA芯片焊点溶化或使焊膏回流,以完成拆卸和焊接的目的。
下面简要说明选用BGA的返修工艺:
3.1PCB板的预热0
将要返修的PCB板固定在夹具上,对PCB板进行充分的预热,PCB板的预热比较关键。预热的主要目的有:a、将PCB板潮气去除,b、防止由于上下温差造成PCB板的翘曲,c、辅助拆焊。
3.2 拆除芯片
设置合理的拆焊温度曲线(有铅、无铅工艺),将热风喷嘴调整到BGA芯片上方,使喷嘴尽量靠近PCB板,进行加热拆除芯片。拆除的芯片如果不打算重新使用,而且PCB可承受高温,拆除芯片可采用较高的温度(较短的加热周期)。在加热和拆卸之前,在器件周围涂抹一些助焊膏可使加热均匀。为避免板子或其它器件受损,要小心地控制其加热量、加热方向和热溢出量等。
3.3 清洁焊盘
清洁焊盘主要是将拆除芯片后留在PCB表面的助焊剂、焊锡膏清理掉,使用符合要求的清洗剂、吸锡丝等。为了保证BGA的焊接可靠性,一般不能使用焊盘上旧的残留焊锡膏,必须将旧的焊锡膏清除掉。
3.4 涂焊锡膏或助焊膏
在PCB上涂助焊膏对于BGA的返修结果有重要影响。为了保证较高的返修成功率,建议选择较好的助焊膏。
3.5 贴片
利用锡球在回流过程中的拉力,芯片自动校准。如果BGA芯片锡球间距小于0.4,建议使用带有视频对位的BGA返修设备,保证贴片的精准度。
3.6 热风回流焊
热风回流焊是整个返修工艺的关键(温度曲线的设定)。其中,有几个问题比较重要: 1)芯片返修回流焊的曲线应当与芯片的原始焊接曲线接近,热风回流焊曲线可分
四个区间:预热区,加热区,回流区,冷却区,四个区间的温度,时间参数可以分别设定,通过与计算机连接,可以将这些程序存储和随时调用。
2)在回流焊过程中要正确选择各区的加热温度和时间,同时应注意升温的速度。由于热风喷嘴与PCB板之间不能保证完全的密闭,所以要考虑加热温度和BGA芯片表面实际温度的温差,所以测温功能非常重要,可以帮助设置一条较好的回流焊接温度曲线。 温度控制软件
该软件具有调整、测试、分析、设置参数等功能,为较高的返修成功率提供了保证。
3)热风回流焊中,PCB板的底部必须能够加热。这种加热的目的有二个:避免由于PCB板的单面受热而产生翘曲和变形;使锡球溶化的时间缩短。对大尺寸板返修BGA,这种底部加热尤其重要。
4)要选择好的热风回流喷嘴。热风回流喷嘴属于非接触式加热,加热时依靠高温空气流使BGA芯片上的各焊点的锡球同时溶化。
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百度(武汉中科科技)
不同测试方法和测试仪器有不同的测试数据、测试应用范围、测试分析方法。
一、300X显微镜
使用步骤
将要观察之物品放置于平台上.
调整适当倍率及焦距至最清晰画面.
使用360°旋转镜头观察该物品之状态.
应用范围
零件吃锡面高度判定.
空,冷焊判定.
异物辨识与锡珠辨识.
零件破裂情况观察.
其他.
判定规格
吃锡面高度需高于25%.
锡珠大小需小于18um,同一板上不得大于7颗.
零件不可有破损.
不可有炉膛助焊剂滴落板上与棉絮残留等异物.
其他依外观检验标准.
备注:
可依需求选择使用平面镜或侧视镜.
二、红墨水试验
使用步骤
先使用336A清洁机板(BGA间距内)上之助焊剂残留物.
将待测物灌入(BGA gap)适量红墨水.
确认红墨水已完全渗入间隙中后再将待测物放入烤箱烘烤(以120℃约60min).
以钳子将BGA强制拆除.
使用300X显微镜观察PCB&BGA的相对应pad是否有红墨水渗入,若有即表示该接合点有crack或空焊.
应用范围
零件(BGA)接合面crack.
零件(BGA)接合面空焊.
判定规格
若有红墨水渗入PCB&BGA的相对应pad即表示该接合点有crack或空焊现象.
备注
此工具运用于Fiber Inspection,X-Ray无法观察到异常,而又无法确认异常点是在那一个pad时.
三、切片
使用步骤
将压克力粉与硬化剂以1:1比率适量搅拌.
待测物以压克力夹夹住并放置在盒内.
将搅拌均匀之压克力剂适量倒入盒内,约等30min待其固化再取出.
再将待测物由研磨机磨至不良点(经由粗磨-->细磨-->抛光).
应用范围
Crack(BGA接合面,零件脚,零件内部).
空焊(BGA内部锡球接合面).
Cold Solder(BGA内部锡球接合面).
各零件脚接合面观察.
判定规格
此工具是在确定不良点时,再研磨至该不良点,用以确认其实际不良原因,辅助对策之下达.
备注
常配合SEM&EDS使用.
四、SEM&EDS
使用步骤
目前厂内无此仪器,若有需求时以送外分析方式进行.
先以SEM取得适当之倍率,确定不良物位置(可量测不良点大小).
以光标点选测试不良点位置进行表面EDS量测.
应用范围
SEM:观测被测物表面上之细微异常现象.
EDS:测试被测物体表面元素与含量分析(例如用于零件pad或PCBpad不吃锡使用).
判定规格
取良品与不良品同时做此较测试,观察其测试结果之元素含量是否有异.
确认所测得之元素比率是否有超出标准或含有异常成分,若有即表示异常.
五、侧边显微镜
使用步骤
调整镜头高度至PCB&BGA substrate间距之间.
调整光源与焦聚使画面达到最清晰为止.
移动镜头时需将镜头上升再移动,以防止镜头损坏.
观察BGA四周是否有crack时,须配合使用尖锐物轻微将BGA substrate翘起才可看到Crack.
应用范围
solder joint(锡球焊接面好坏判断).
空,冷焊及短路判断.
Crack判断.
异物介入(判断是否有异物或助焊剂过多).
判定规格
锡球与PCB锡膏有接触但未接合,且表面不平(cold solder).
接合面间有污染物.
solder ball与PCB(orBGA)pad拨离(crack).
备注
Fiber Inspection只能看到外圈锡球的接合状况,若为内部接合问题需使用其他工具.
六、X-Ray
使用步骤
将待测物放入机台平台(若有需要旋转时需固定).
调整power &X-Ray head高度.
选择Solder Ball中最大Void并量测其面积.
应用范围
检视BGA短路.
检视Solder Ball的Void.
若为明显空焊时亦可以看出.
BGA缺球.
判定规格
Void Spec.(IPC7095):
1.class 1:
in solder ball center:D<60%A<36%
inpad(PCB&BGA):D<50%A<25%
2.class 2:
in solder ball center:D<45%A<20.25%
in pad(PCB&BGA):D<35%A<12.25%
3.class3:
in solder ball center:D<30%A<9%
in pad(PCB&BGA):D<20%A<4%
使用步骤
将待测物放入机台平台.
以游标点选基准点与待测区.
按”Run”key自动量测锡膏印刷质量.
应用范围
锡膏厚度,面积,体积量测.
3D模拟(可用以判定印刷质量,如锡尖).
SPC统计.
判定规格
依目前厂内锡膏厚度量测标准(0.175~0.191mm)
资料参考:http://www.gyxpcb.com/news/jszc/141.html
热水有向上运动,冷却后从周围向下运动的自然循环方式。在冷水中的墨水仅仅依靠布朗运动来扩散,所以红墨水跟着这股水流的运动,和冷水中不一样功能不良真的是很多PCBA电子公司的痛,尤其现在的CPU几乎全都采用BGA封装,当有开机不良品从客户端退回,需要分析不良原因时,最常采用的就是红墨水测试(Red Dye Test)法了,因为红墨水测试的好处是可以让人一目了然,了解整颗BGA在哪些位置有锡球发生了裂缝(crack)问题,方便制程及研发单位快速了解可能原因与可能的应力(Stress)来源。不过,这红墨水测试其实是一种破坏性测试,建议一定要等到所有非破坏性的可行方案都试过了,最后才做这个红墨水破坏性测试。做过红墨水测试的样品,理论上还是可以再拿去做切片(Cross-Section)做进一步的SEM(Scanning Electron Microscope)显微照相及EDX(Energy-Dispersive X-ray spectroscopy)金属元素分析,但样品毕竟已在红墨水测试时曾经过外力破坏,而且部分区域可能被红墨水或其他物质污染,也就是已非第一现场,所以后续的分析结果就会被持以保留态度。
另外,红墨水测试无法判断PCB内层是否有问题,有些不良原因可能是PCB的导通孔(via)断裂,或是内层微短路(CAF, Conductive Anodic Filament)所造成,一旦做了红墨水测试,这些现象就可能会消失或被破坏。
所以,一般比较谨慎的作法是先用电性测试的手法,尽可能找到是那几颗锡球与线路可能出现了问题,然后抽丝剥茧,一步步的排查缩小可能范围,最好还要分得出来是开路还是短路,最后直接做切片,直捣黄龙,一掷中的。
不过本人还是以红墨水试验为淮来做说明,下面是一般实验室(lab)做红墨水试验后所出的报告格式,有些实验室可能会有少许的不同,但表示方法都大同小异。
BGA红墨水锡球断裂面Type表示:
配合最上面的BGA锡球断裂面的图示,下面用颜色来代表锡球(ball)的断裂面。
Type 0 锡球无裂缝
Type 1 裂缝发生在锡球与零件焊垫底层之间。 零件焊垫与本体剥离。焊锡性良好。
Type 2 裂缝发生在锡球与零件焊垫表层之间。 零件焊垫完整,断裂在零件端焊锡面。
Type 3 裂缝发生在锡球与PCB焊垫表层之间。 PCB焊垫完整,断裂在PCB端焊锡面。
Type 4 裂缝发生在锡球与PCB焊垫底层之间。 焊垫与PCB本体剥离。焊锡性如果是Type 1 或 4 缝隙发生在焊垫底层,一般认为是应力(Stress)所造成的机率最大,而应力可能来自PCB板弯,组装制程中应力(比如说锁螺丝、针床测试),使用者弯曲产品,或使用者不小心摔落桌面或地面锁造成。虽然已经可以证明焊锡(Solderability)没有问题,但也不排除零件或PCB经过多次回焊高温洗礼后造成焊垫的Bonding-Force降低的影响,一般来说焊垫都可以在三次以内正常焊锡而不会脱落,如果PCB或BGA零件经过多次重工或不当高温,也有很大可能造成焊垫脱落的现象。
如果是Type 2 或 3 缝隙发生在焊垫表层,一般认为也是应力(Stress)所造成的机率最大,其次也有可能是「NWO(Non-Wet-Open)」焊锡问题所造成,正常情况下由有经验的工程师在显微镜下观察就可以判断是否与焊锡有关,断裂面如果层光滑亮面则可能为焊锡问题,如果判断不出来就必须再进一步做切片(Cross-Section),检查IMC(Intermetallic Component)的生成状况以做判断,如果是ENIG的版子,可能还得打EDX看是否有「黑垫(Black pad)」现象,不过如果是黑垫也不应该只有BGA有问题,其他零件多多少少也会出现问题才对?仅供参考
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