微型BGA与CSP的返工工艺
包装尺寸和锡球间距的减少，伴随PCB上元件密度的增加，带来了新的装配与返工的挑战。 <BR> 随着电子装配变得越来越小，密间距的微型球栅列阵(microBGA)和片状规模包装(CSP)满足了更小、更快和更高性能的电子产品的要求。这些低成本的包装可在许多产品中找到，如：膝上型电脑、蜂窝电话和其它便携式设备。包装尺寸和锡球间距的减少，伴随PCB上元件密度的增加，带来了新的装配与返工的挑战。如果使用传统的返工工艺而不影响邻近的元件，紧密的元件间隔使得元件的移动和更换更加困难，CSP提供更密的引脚间距，可能引起位置纠正和准确元件贴装的问题，轻重量、低质量的元件恐怕会中心不准和歪斜，因为热风回流会使元件移位。本文描述的工艺是建立在一个自动热风系统上，用来返工一些microBGA和CSP元件。返工元件的可靠性和非返工元件的可靠性将作一比较。
<P> 工艺确认 </P>
<P> 本方案的目的是检验工业中流行的microBGA和CSP的标准SMT装配和返工工艺。最初的CSP装配已在工业中变得越来越流行，但是元件返工的作品却很少发表。由于小型元件尺寸、减少的球间距和其它元件的紧密接近，对板级返工的挑战要求返工工艺的发展和优化。本研究选择了几种元件(表一)。这些元件代表了各种输入/输出(I/O)数量、间距和包装形式。 </P>
<P> 内存芯片包装通常是低I/O包装，如包装1、2和4。通常这些包装用于双面或共享通路孔的应用。包装3，有144个I/O，典型地用于高性能产品应用。所以CSP都附着有锡/铅(Sn/Pb)共晶焊锡球，其范围是从0.013"到0.020"。所有包装都缝合以允许可靠性测试。 </P>
<P> 为装配准备了两个测试板设计。一个设计是标准的FR-4 PCB，表面有用于线出口的"dogbone"焊盘设计。第二个设计使用了表层电路(SLC, Surface Laminar Circuit)技术*，和为线出口使用捕捉照相通路孔设计，而不是dogbone设计。板是1 mm厚度。图一所示为典型的144 I/O包装的焊盘形式。 </P>
<P> 试验程序 </P>
<P> 该返工工艺是在一台带有定制的偏置底板的热风返工工具**上完成的： </P>
<P> 使用BGA喷嘴热风加热 适于小型microBGA和CSP返工的低气流能力,在定制偏置底板上对板底面加热,计算机控制温度曲线,校正的视觉系统,自动真空吸取和元件贴装. 接下来的特殊工业流程是典型的用于BGA返工的。用热风喷嘴加热元件到焊锡回流温度，然后拿走。板座上的焊锡使用焊锡真空工具移去，直到座子平坦。然后座上上助焊剂，新的元件对中和贴装，焊锡回流焊接于板上。 </P>
<P> 要求作出元件移去和重新贴装的温度曲线。曲线参数必须符合锡膏制造商推荐的回流温度和保温时间。返工的每个元件座单独地作曲线，由于板面吸热的不同，内层和相邻元件的不同。以这种方式，将过热或加热不足或焊盘起脱的危险减到最小。一旦得到温度曲线，对将来所有相同位置的返工使用相同的条件。由于一个修正的回流工艺，开发出元件取下和元件回流贴附的分开的工艺步骤。图二所示，是使用返工工具的减少流量能力(50 SCFH)的温度曲线例子。图三所示，是使用正常空气流量设定(90 SCFH)的对较大元件的温度曲线。 </P>
<P> 对取下元件，工具的偏置底板设定到150°C，以均匀地加热机板，将返工位置的温度斜率减到最小。(大的温度斜率可能引起局部板的翘曲。)板放于框架的对中定位销上，支持高于底板面0.250"。支持块粘贴于板返工座的背面，以加热期间防止翘曲。板被覆盖并加热到135°C温度。 </P>
<P> 返工工具使用无力移动技术来从板上移去元件。当过程开始，真空吸取管降低来感应元件的高度，然后升到特定的高度进行加热过程。当元件达到回流温度，真空吸嘴降低到预定高度，打开真空，移去元件而不破坏共晶焊锡接点。丢弃取下的元件，加热板上的下一个点。 </P>
<P> 元件移去后接下来是座子修饰。这个是使用返工工具的自动焊锡清道夫来完成的。板放在偏置底板上，预热到大约130°C。返工座在开始过程前加助焊剂。焊锡清道夫对SLC预热到420°C，对FR-4预热到330°C，检查板的高度，然后一次过横移过焊盘的每一排，当其移动时把焊锡吸上到真空管。反复试验得出对较小元件座的焊锡高于板面0.010"，对较大元件座0.012"。使用异丙醇清洁座，检查是否损坏。典型的可避免的观察是焊锡污斑和阻焊的损坏。 </P>
<P> 元件贴放和回流步骤如下进行。板预热到135°C，使用无麻刷擦过板面来给座加助焊剂。助焊剂起着将元件保持在位和回流前清洁焊盘</P>
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