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電子SMT製造BGA返修操作技術

添加時間: 2019-08-15 08:38:00   > 2019-08-15 08:38:00
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摘要:在BGA返修設備上進行有鉛、無鉛工藝單闆麵陣列器件維修的操作流程及在維修過程中需要註意的事項。

一、操作指導概述

在BGA返修設備上進行有鉛、無鉛工藝單闆麵陣列器件維修的操作流程及在維修過程中需要註意的事項。


二、操作指導説明

1 定義

BGA:集成電路的一種封裝形式,其輸入輸齣端子(包括焊球、焊柱、焊盤等)在元件的底麵上按柵格方式排列。包括但不限於PBGA、UBGA、WBGA、TBGA、CBGA及CCGA。

無鉛BGA:錫球成分爲無鉛焊料的BGA。

無鉛BGA信息來源:對於有編碼的BGA芯片通過PDM進行確認;對於新器件暫時查詢不到器件資料的BGA芯片,由客戶(需要維修單闆的人員)提供器件信息。

混閤工藝:指使用有鉛錫膏和無鉛BGA裝聯的工藝。


2 目的

指導現場操作人員在使用返修設備返修有鉛、混閤、無鉛工藝單闆麵陣列器件時,如何進行程序選擇及調用、規範操作人員操作方法和過程,保證返修單闆的返修質量。


3 適用範圍

適用於返修有鉛、混閤及無鉛工藝單闆上麵陣列器件如PBGA、QFP、PLCC、SOIC、CSP、BGA插座等時程序的選擇、調用及返修操作。


4 崗位職責和特殊技能要求

崗位

職責

特殊技能要求

維修操作員

設備正確操作、維護設備,填寫各種相關記録錶格。


緊急故障處理。

具備熟練的維修操作技能

維修工程師

設備故障排除、設備蔘數設置及管理,爲生産一線操作、保養提供技術支撑,程序調製與規劃管理,工藝技術支撑。

返修設備工作原理、過程,調試返修溫度麴線


5 內容

5.1  返修工具、輔料及設備


5.1.1  返修工具:BGA返修颱、電鉻鐵、颳刀、小鋼網、真空吸筆、剪刀、鑷子、畵筆(塗焊膏用)


5.1.2  輔料:膏狀助焊劑Alpha metals(免洗型LR721H2 HV);清洗劑YC336(有鉛使用),SC-10(無鉛使用);吸錫編帶;有鉛錫膏(Sn63Pb37、NC-92J);無鉛錫膏(Sn96.5Ag3.0Cu0.5);碎白佈


5.1.3 返修設備 SV-550返修颱


RD-500返修颱有3箇加熱繫統,其中上和下精確加熱目標芯片和線路闆的是熱風型加熱。第3箇是一種區域髮熱體,從底部逐步地加熱整箇的印製線路闆。SV-550需要配備不衕尺寸的熱風噴嘴進行返修不衕的器件。


5.1.4   各輔助專業工具:


BGA返修颱及返修工具


5.2 操作流程

BGA返修流程


001 生産前準備


一  單闆烘烤準備及相關要求:

1)根據暴露時間不衕,將單闆分彆給齣不衕的烘烤要求,

單闆暴露時間:以單闆製成闆條碼上的加工月份時間爲準,當月單闆默認1箇月,以此類推。


2)烘烤時間

  1. SMT送修單闆默認小於24小時,可以不經過烘烤,BGA返修接收單闆後10小時內完成返修。

  2. 特殊單闆、送修人員特殊需求,如器件分析等;反饋工藝人員給齣烘烤要求

  • 非上2條的其牠送修單闆,按如下規定進行烘烤。

暴露時間

≤2箇月

2箇月以上

烘烤時間

10小時

20小時

烘烤溫度

105±5℃

105±5℃


3)在烘闆前,接收人員可要求維修送闆人或項目人要將溫度敏感組件拆下後進行烘烤,例如光纖、電池、塑膠類拉手條等;否則,造成的器件受熱損傷由送闆人自行處理。(被拆下器件的安裝等由原來送闆責任人處理;BGA維修不負責該工作。)


4)所有單闆,烘烤完成取齣單闆後10小時內完成BGA返修作業。


5)10小時內不能完成BGA返修作業的PCB及物料,鬚放置在榦燥箱保存。


二  單闆返修前檢查、準備註意事項:

1)查看單闆上是否有扣闆和返修芯片(單闆返修麵與背麵)週圍10mm以內有高度超過20mm(隻要與熱風噴嘴産生榦涉)的器件,需將扣闆及榦涉返修的器件拆卸後纔可返修;


2)若返修單闆正麵、背麵有光纖、附件區域的電池需要拆除後纔可返修;


3)若返修單闆背麵距離返修芯片10mm及10mm以外有散熱器、插裝晶振、電解電容、塑膠導光柱、非高溫條形碼、BGA、BGA插座及通孔塑封器件如塑封連接器,鬚其錶麵進行貼5-6層高溫膠紙密封後纔可返修。若在10mm以內則需要將相應器件拆除(BGA除外)後纔可以返修;


4)其他可能在返修過成受熱影響的BGA及其他芯片,塑封器件,需進行相應隔熱處理。


齣現以上4種情況涉及拆、裝相關器件時,請送修人自行拆卸後,再送BGA返修工段進行返修,否則,造成的器件受熱損傷由送闆人自行處理。


三 返修輔料的確定

1) 返修的器件是CCGA、CBGA、對貼BGA及錫球材料不是63/37的焊錫材料時,必鬚使用印刷錫膏方式進行返修。錫膏的種類依據機種作業指導書中規定的錫膏進行選彆


2) 當是63/37的焊錫材料時,可用助焊膏或印刷錫膏方式焊接;當使用錫膏焊接時,需要用與器件焊盤相對應的印錫小鋼網進行印錫。錫膏的種類依據機種作業指導書中規定的錫膏進行選彆,助焊膏均使用ALPHA助焊膏LR721H2,100g/瓶


3) 無鉛器件的返修,針對小於15*15mm的BGA,可以使用塗助焊膏的方式焊接,其他大尺寸BGA必鬚使用刷錫膏的方式焊接。錫膏的種類依據機種作業指導書中規定的錫膏進行選彆,助焊膏均使用ALPHA助焊膏LR721H2,100g/瓶

 

四 返修設備及其他要求

1)返修前,如果設備超過30min沒有加熱,必鬚對設備進行預熱。預熱程序可爲任何返修程序


2)單闆定位與支撐

支撐桿的位置:支撐桿盡量對稱分佈(盡量使得單闆受熱均勻爲原則),不能碰到底部的器件。支撐桿位置優選位於PCB闆中間,使PCB保持平麵,不能支撐到器件上,併且將卡扣扣緊及定位銷鎖緊。對於較小PCB,可以採取镟轉支撐塊90度來進行固定。


BGA返修闆的定位與支撐

3) 加熱噴口的選擇和更換

i.選用實際尺寸比BGA大2~5mm的噴口,註意噴口不能損壞到週邊的元器件,噴口使用完後要放迴工裝架的對應位置上。

噴口的更換:拿噴口本體部位轉30度卽可更換髮熱體上的噴口。註意在更換上部噴口時一定不要強力拔齣,避免損傷真空吸桿和連接的硅膠吸嘴及墊圈。(圖5)


002 拆除BGA 

將返修單闆放置在返修颱上,從各設備對應的拆除BGA程序目録中選定相應的返修程序對BGA進行加熱。程序運行完畢,從返修颱取下器件。


1)當程序庫中有和單闆名稱相對應的程序時,優先選用和單闆名稱相衕的程序。

一般可依據BGA的尺寸、大小選取對應的返修程序。(返修程序見5.3條—BGA拆/焊程序選擇對應關繫錶)


2)返修程序運行完畢後,由設備自動汲取被拆器件,當器件錶麵粗糙不平情況下允許採用鑷子夾取;採用鑷子夾取時,先用鑷子輕輕撥動器件,確定器件已經完全融化後立卽夾起。


3)拆卸器件後,清理焊盤前,檢查被拆下器件焊盤是否有焊盤掉落,受損等缺陷,如有異常,反饋工程師處理。


4) 拆卸完的BGA,若需要重覆利用,則需要對BGA植球,具體操作細節按《BGA植球作業指導書》進行。


003 清理焊盤

將單闆放置在工作颱上併用烙鐵、吸錫繩將焊盤上多餘的殘錫吸走,平整焊盤。

清理時將吸錫繩放置於焊盤上,一手將吸錫繩曏上提起,一手將烙鐵放在吸錫繩上,輕壓烙鐵,將BGA焊盤上殘餘焊錫融化併吸附到吸錫線上後,再將吸錫線移至其他位置,去汲取其餘部分的焊錫,不能用力在焊盤上進行拖拉,避免將焊盤損壞。


有鉛器件焊盤清理,烙鐵溫度<實測值>340+/-40℃;無鉛器件焊盤清理,烙鐵溫度<實測值>370+/-30℃;對於CBGA、CCGA焊盤清理,烙鐵溫度設置<實測值>400+/-30℃。清理後用清洗劑清除器件和PCB焊盤上的焊錫殘留物和外來物質等,清理榦淨後用20X-50X放大鏡檢查器件和PCB焊盤,線路等有無劃傷、脫落受損等缺陷;若有反饋工程師處理。


004 塗抹輔料

根據001中第三點,確定是採用印錫還是刷塗助焊膏方式進行返修。印刷錫膏和刷塗助焊膏的方式如下所述。


(一)刷塗助焊膏:

用畵筆蘸少許助焊膏(圖6),在焊盤上來迴輕輕塗抹(圖7)。

檢查焊盤上助焊膏的塗抹情況,要求助焊膏塗佈均勻。單闆上不可有助焊膏堆積現象。

檢查塗抹好助焊膏的單闆焊盤,不可有纖維、毛髮等殘留;若有需要重新清洗後,再次塗抹。


BGA芯片上塗抹助焊膏


(二)印錫膏

選擇對應的印錫鋼網,將印錫的小鋼網定位併用膠帶粘貼與PCB上(以固定鋼網,併防止錫膏外溢);註意需要使鋼網開口和焊盤完全重閤,不錯位。(圖8)


用颳刀取適量錫膏,然後在小鋼網上颳過。颳錫膏時盡量使錫膏能在鋼網和颳刀之間滾動。(圖9)


用手或工具曏上慢慢的提起鋼網,提取的過程中,要減少手的抖動。


目檢印錫質量及週圍是否有濺錫,看焊盤是否有漏印、連錫、少錫、拉尖、偏位等不良情況。(圖10)有則需要用洗闆水將焊盤清理榦淨,併待洗闆水揮髮後重新印刷。

清洗鋼網和颳刀,放迴原位,待下次取用。

鋼網對位塗佈錫膏

備註:

1.針對佈局較密,PCB上無法放置小鋼網的情況,也可以用在器件上印錫的方式。用植球鋼網放置在BGA球上,印錫膏的方法與PCB上印錫膏方法相衕,註意小心操作,避免損壞BGA。


2.印刷的錫膏,助焊膏,清洗用的環保水等輔料的使用蔘考《維修用輔料使用規範》,併記録在相應的不良闆條碼中


005 貼放BGA

1)將塗抹好輔料的單闆平穩放置在工作颱上,併對單闆底部進行均勻支撐(具體按001 生産前準備中的單闆定位與支撐要求進行設置)。啟動影像對位繫統,將器件放在機器噴口中的吸嘴上,使器件和焊盤的影像重閤,運行機器,完成貼放動作。(具體步驟蔘見《RD-500操作規程》)


貼放BGA前,需核對BGA的編碼、方曏要和維修單闆一緻;檢查BGA器件的焊球是否有異常,如焊球大小不一、缺球、焊球形狀不規則等。


2)  貼放器件,一定要仔細觀察、調整,使器件圖像和焊盤圖像完全重閤,或核對器件絲印框與器件平齊。

採用印錫返修時,必鬚使用設備將BGA貼放在PCB上,不得使用手工放置。

採用刷助焊膏返修時,可以用手工放置器件。普通單闆,以絲印框爲準進行對位;如果是無絲印單闆,以焊盤對角的蝕刻框爲準對位;無任何外框標記的單闆,必鬚採用機器對位、貼片。


3) 器件貼放後,需要檢查返修器件的高度是否一緻,是否高度不平、器件傾斜等異常。


006 焊接BGA

先按001 生産前準備中的單闆定位與支撐要求進行設置好支撐併定位好PCB,位置確定後再從各設備的焊接BGA程序目録中調用相應程序對BGA進行加熱,程序運行完畢,完成器件焊接過程。待單闆冷卻後取走PCB。

註意操作過程中需密切關註單闆焊接情況,若有燒焦、嚴重變形等異常,需立卽停止機器,保留現場,併反饋工程師處理。衕一塊PCB闆最多返修3次,衕一箇BGA最多返修2次。


007 焊後檢驗

焊接完成,需要對單闆進行檢驗。重點檢驗以下事項:

1) 目視BGA四週的焊點,看是否有虛焊,連錫,背麵冒錫珠等缺陷。併用X-Ray確定沒有焊接質量問題後(必要時可用3D顯微鏡檢查焊接狀況),纔可以進行下一塊單闆返修或交接給下一工序。


2) 檢查被焊接器件週圍,是否有濺錫、及其牠缺陷,檢查單闆背麵是否有CHIP件等被頂針壓壞。


3) 用洗闆水清洗BGA週圍多餘的助焊膏殘留。


5.3  BGA返修拆、焊程序選用對應錶


拆BGA程序選用對應錶—有鉛

BGA大小


單闆厚度

15×15+/-5mm

25×25+/-4mm

33×33+/-3 mm

42×42+/-5 mm

1.6MM+/-10%

R-1.6mm-15×15

R-1.6mm-25×25

R-1.6mm-33×33

R-1.6mm-42×42

2MM+/-10%

R-2mm-15×15

R-2mm-25×25

R-2mm-33×33

R-2mm-42×42

2.5MM+/-10%

R-2.5mm-15×15

R-2.5mm-25×25

R-2.5mm-33×33

R-2.5mm-42×42

3MM+/-8%

R-3mm-15×15

R-3mm-25×25

R-3mm-33×33

R-3mm-42×42

 

焊BGA程序選用對應錶—有鉛

BGA大小


單闆厚度

15×15+/-5mm

25×25+/-4mm

33×33+/-3 mm

42×42+/-5 mm

1.6MM+/-10%

P-1.6mm-15×15

P-1.6mm-25×25

P-1.6mm-33×33

P-1.6mm-42×42

2MM+/-10%

P-2mm-15×15

P-2mm-25×25

P-2mm-33×33

P-2mm-42×42

2.5MM+/-10%

P-2.5mm-15×15

P-2.5mm-25×25

P-2.5mm-33×33

P-2.5mm-42×42

3MM+/-8%

P-3mm-15×15

P-3mm-25×25

P-3mm-33×33

P-3mm-42×42

 

拆BGA程序選用對應錶—無鉛

BGA大小


單闆厚度

15×15+/-5mm

25×25+/-4mm

33×33+/-3 mm

42×42+/-5 mm

1.6MM+/-10%

R-1.6mm-15×15-PBF

R-1.6mm-25×25-PBF

R-1.6mm-33×33-PBF

R-1.6mm-42×42-PBF

2MM+/-10%

R-2mm-15×15-PBF

R-2mm-25×25-PBF

R-2mm-33×33-PBF

R-2mm-42×42-PBF

2.5MM+/-10%

R-2.5mm-15×15-PBF

R-2.5mm-25×25-PBF

R-2.5mm-33×33-PBF

R-2.5mm-42×42-PBF

3MM+/-8%

R-3mm-15×15-PBF

R-3mm-25×25-PBF

R-3mm-33×33-PBF

R-3mm-42×42-PBF

 

焊BGA程序選用對應錶—無鉛

BGA大小


單闆厚度

15×15+/-5mm

25×25+/-4mm

33×33+/-3 mm

42×42+/-5 mm

1.6MM+/-10%

P-1.6mm-15×15-PBF

P-1.6mm-25×25-PBF

P-1.6mm-33×33-PBF

P-1.6mm-42×42-PBF

2MM+/-10%

P-2mm-15×15-PBF

P-2mm-25×25-PBF

P-2mm-33×33-PBF

P-2mm-42×42-PBF

2.5MM+/-10%

P-2.5mm-15×15-PBF

P-2.5mm-25×25-PBF

P-2.5mm-33×33-PBF

P-2.5mm-42×42-PBF

3MM+/-8%

P-3mm-15×15-PBF

P-3mm-25×25-PBF

P-3mm-33×33-PBF

P-3mm-42×42-PBF

 

備註:RD-500程序欄不能顯示小數點,用“_”來替代錶示PCB闆厚度的小數點,如:1_6mm錶示1.6mm。

 

5.4  無鉛單闆(工藝屬性Y2),混裝工藝單闆(工藝屬性Y3)返修註意事項:

針對無鉛器件,返修器件尺寸大於15*15mm的,必鬚採用印刷錫膏的方法進行返修;不得採用塗佈助焊膏的方式返修。

針對無鉛單闆(工藝屬性Y2),BGA返修涉及到的工具、耗材、吸錫帶、烙鐵、佈片等,不能與有鉛BGA返修工具混用,併在工具上標示“無鉛專用”。


3) 混閤工藝單闆(工藝屬性Y3)返修註意事項:

對於返修的無鉛BGA麵陣列器件(器件沒有損壞)採用重新植有鉛的錫球,植好球後用對應有鉛BGA返修焊接程序進行返修。

對於重新領料返修的BGA麵陣列器件焊接,若BGA器件爲無鉛器件則必鬚用無鉛BGA返修焊接程序進行返修。


5.5  其他註意事項:

1)設備在正常的拆裝器件時,禁止對單闆進行任何操作,不可碰撞定位夾具、調整頂針位置等。


2)在對單闆進行操作時,註意防靜電防護工作。


附:返修作業流程圖


1,將閤適的小鋼闆,放置於焊墊上方,小鋼闆的厚度一般是在100um~200um之間,鋼闆尺寸限於週圍零件所空齣的區域大小,因此通常都隻比BGA大一點而已。
2,將所需要的錫膏印至PCB上,但通常Rework的狀況下,併非得要上錫膏不可,在正常條件下,隻要塗上一層Flux卽可。

1,使用影像對位可確保零件於Reflow時穫得準確的焊接。
2,尤其是μBGA及CSP對位時更需要依靠此功能,不像大尺寸BGA使用人工或機械對位有些許偏移,尚能因錫鉛的內聚力而自動對位。


1,BGA的迴焊對基闆而言是以局部加熱的方式進行,除依靠特殊設計之加熱風罩外,尚鬚有底部加熱器,協助零件下方基闆的預熱。
2,其加熱過程之Profile和正常Reflow相似。因此加熱風罩的設計功能非常重要,尤其是不能因過熱或不均而傷害到零件本身或週圍的零件與基闆。

無論是Rework之零件錶麵或基闆上之焊接,均需充分的清理錶麵之殘錫或氧化物質。以確保焊接後之可靠度。除錫的方式種類繁多,如下圖所示,可用吸錫線或真空汲取的方式作業。

因迴焊作業中所鬚之Flux,可透過錫膏印刷中供應,也可直接沾附Flux使用而不需經過錫膏印刷。下圖爲供應一定厚度之Flux鋼模。




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