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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，直接關系到所做產片的可靠性和壽命.

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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，直接關系到所做產片的可靠性和壽命，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。 當錫球至于一個加熱的環境中，錫球回流分為三個階段： 預熱： 首先，用于達到所需粘度和絲印性能的溶劑開始蒸發，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，一些元件對內部應力比較敏感，如果元件外部溫度上升太快，會造成斷裂。 助焊劑（膏）活躍，化學清洗行動開始，水溶性助焊劑（膏）和免洗型助焊劑（膏）都會發生同樣的清洗行動，只不過溫度稍微不同。將金屬氧化物和某些污染從即將結合的金屬和焊錫顆粒上清除。好的冶金學上的錫焊點要求“清潔”的表面。 當溫度繼續上升，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，當單個的焊錫顆粒全部熔化后，結合一起形成液態錫，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部的溫度應力。 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，焊接大致分為預熱，保溫，回流，冷卻四個區間（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，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： 預熱區：也叫斜坡區,用來將PCB的溫度從周圍環境溫度提升到所須的活性溫度。在這個區,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不超過每秒2～5℃速度連續上升,如果過快,會產生熱沖擊,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,溶劑揮發不充分,影響焊接質量。爐的預熱區一般占整個加熱區長度的15～25 %。 保溫區：有時叫做干燥或浸濕區,這個區一般占加熱區的30 ～ 50 %。活性區的主要目的是使PCB上各元件的溫度趨于穩定,盡量減少溫差。在這個區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。到活性區結束,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。應注意的是PCB上所有元件在這一區結束時應具有相同的溫度,否則進入到回流區將會因為各部分溫度不均產生各種不良焊接現象。一般普遍的活性溫度范圍是120～150℃,如果活性區的溫度設定太高,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當是平穩的溫度。 回流區：有時叫做峰值區或最后升溫區,這個區的作用是將PCB的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度?；钚詼囟瓤偸潜群辖鸬娜埸c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,回流區工作時間范圍是20 – 50s。這個區的溫度設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?；亓鞣逯禍囟缺韧扑]的低,工作時間太短可能出現冷焊等缺陷。 冷卻區：這個區中焊膏的錫合金粉末已經熔化并充分潤濕被連接表面,應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。緩慢冷卻會導致電路板的雜質更多分解而進入錫中,從而產生灰暗粗糙的焊點。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調節烘烤溫度和時間。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準確的對準在PCB上的焊盤上。這里采用兩種方法：光學對位和手工對位。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。選擇合適的熱風噴嘴（即噴嘴大小比BGA大小略大），然后選擇對應的溫度曲線，啟動焊接，待溫度曲線完畢，冷卻，便完成了BGA的焊接。 在生產和調試過程中，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相當與預熱的功能，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在空氣中風干。用第4步反復檢查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。這里要用到鋼網和植臺。 鋼網的作用就是可以很容易的將錫球放到BGA對應的焊盤上。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（這里采用的是萬能鋼網）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上，用毛刷或其他工具將錫球撥進鋼網的每一個孔里，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。小心的將鋼網取下，將BGA放在高溫紙上，放到植球臺上。植球臺的溫度設定是依據有鉛錫球220℃，無鉛錫球235℃來設定的。植球的時間不是固定的。實際上是根據當BGA上錫球都熔化并表面發亮，成完整的球形的時候來判定的，這些通過肉眼來觀察?？梢杂涗涍_到這樣的狀態所用時間，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 細認真。 1.3國內外水平現狀 BGA（Ball Grid Array Package）是這幾年最流行的封裝形式 它的出現可以大大提高芯片的集成度和可制造性。由于我國在 BGA焊接技術方面起步較晚，國內能制造BGA返修工作站的廠 家也不多，因此，BGA返修工作站在國內比較少，尤其是在西部。 有著光學對位，X-RAY功能的BGA返修站就更為少見。 1.4 解決的技術難點 在實際的工作當中，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。如何根據條件的不同來設定不同的溫度曲線，這就是在BGA焊接過程中的關鍵。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，都是在空調環境下進行的，也就是說不是常溫。夏天和冬天空調造成溫度和常溫不符合，因此在設定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定的溫度值。溫度設定的原理就是首先根據是有鉛焊接或者無鉛焊接設定相應溫度，然后用溫度計（或者熱電偶）測試實際溫度，然后根據實際溫度調節設定的溫度，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，焊接過程中不能發生震動，不然會使錫球融化的時候發生橋接，造成短路。