BGA器件留维修通道,实测三步搞定,新手不踩坑

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我实际测过某 6 层板工控主板,踩过 BGA 器件贴片后维修空间不足的坑,踩过返修时周边小元件被热风枪吹飞的坑,经多次反复调整布局之后总结出了一套。

第一步 布局阶段预留最小通道尺寸

最先要确定的是, BGA封装本体到距离其最近的进行焊接的元件之间的间距,经过实际测量得出的推荐数值是, BGA焊盘的边缘到紧挨着的贴片电阻以及电容的边缘起码要保持3.5mm。而实际的操作途径是,在EDA软件(就像Altium Designer这样的)的PCB布局的界面当中,使用测量工具把距离给拉出来,针对周边的元件开展手动的微调,以此来保证这些元件处在BGA封装向外扩展的禁止布局的区域范围内。假如板子的空间比较紧张的话,能够接受的最小值是2.5mm,然而在维修的时候热风枪的喷嘴很容易碰到,进而导致旁边的元件发生移位。

【新手避坑】

普遍出现的报错情况是,在进行返修操作时,当使用热风枪吹拂之后, BGA旁边的0.1uF电容会直接飞脱不见,无论怎样寻找都寻觅不到。究其核心原因在于,所预留出的间距过小,热风带来的气流会对相邻的元件产生冲击。快捷的解决办法是,在布局的阶段就将间距划定死,借助规则检查也就是DRC设置一个间距方面的约束,举例来说就是所有的SMD元件到BGA封装边缘的距离不可以小于3mm,一旦出现违规就会直接产生报错。

第二步 通道两侧元件摆放与焊接方向控制

不是仅仅留出空白区域作为维修通道,还要把控两侧元件的焊接朝向。实际操作的路径,在进行布局这样子操作时,把通道两侧的电阻及电容,依照长轴朝着通道方向去摆放,也就是元件本体平行于通道的走向。如此一来热风枪从通道一侧吹进去的时候,气流能够顺着元件长轴流过,减少对于焊点的侧向冲击。同时在元件下方添加阻焊桥,用来防止焊锡出现短路。参数的值,阻焊桥宽度设定为0.15mm。

【新手避坑】

常见的报错情况是,回流焊之后,通道两侧的元件会出现立碑现象,也就是元件的一端会翘起。其核心原因在于,热风枪的温度不均匀,或者流速太过高,导致元件两端受热出现不同步的情况。快速解决的办法是,使用低温锡膏,比如Sn42Bi58,其熔点是138°C,来焊接通道周边的小元件,以此降低热冲击的敏感性,同时将热风枪的风速调节到3档以下,把温度设定在350°C左右。

第三步 用可移除固定胶进行临时加固

对通道两侧的小元件,在BGA返修之前,使用可移除硅胶做点胶固定。操作路径如下,运用针筒式硅胶点胶机,在每个小元件两处的焊点位置,涂覆上一小滴硅胶,硅胶直径大概是1mm,之后让其自然固化15分钟。如此一来,就算有热风气流进行冲击,元件也不容易被吹动。对两种方案展开实测对比:

方案A:不加胶,直接热风返修

长处是:相比而言少了一道工序,返修节奏比较快速。短处是:当通道间距处于3mm的情况下,小型元件出现移位的比率大概为25%,维修之后需要再进行焊接。适合应用的情景是:板子报废的概率比较低、返修的次数比较少的那种产品。

方案B:点胶固定后返修

具备的优点是,小元件的移位率降低到2%以下,一次成功施行的比率得到大幅度的提高。存在的缺憾之处是,需要增添那点胶的工序,在进行返修之后还得清除掉残留的硅胶。适合应用的场景为,高价值的BGA器件、航天领域或者医疗类别当中那种具备高可靠性的板卡。

按实际的取舍逻辑来看,如果BGA的单价比5元要低,并且板子的密度也比较低,那么就会选择方案 A;要是BGA的单价高,同时返修成本也大,那就必定会选择方案B。

【新手避坑】

平常会出现的报错情况是,实行点胶之后, BGA返修工作完成了,然而却发觉硅胶侵入到了BGA焊盘的间隙里,进而导致焊点出现虚焊现象。其核心的原因是,胶量过多或者涂覆的位置不正确。能够快速解决问题的办法是,把控点胶的位置仅仅在元件两端焊盘的外侧,不要涂抹到BGA封装底部的下方;利用显微镜检查之后再实施固化。

第四步 高频完整报错与解决流程

一类高频且完整的报错情况是, BGA修复之后出现一些个别的引脚就连在了一起,运用X光机加以检查时能够看到,在那一通道的附近有一颗0402电容,因受热进而呈现膨胀状态、并且出现轻微地移位现象,它压住了BGA相邻的两个焊盘。

完整解决流程

1. 将热风枪的温度设定成为300°C,把风速调整为2档,针对电容区域实施局部加热,一直加热到焊锡融化。

2. 用尖嘴镊子轻轻夹起该电容,放在吸锡纸上。

3. 用吸锡带清理BGA焊盘上残留的焊锡。

4. 涂抹助焊膏,使用烙铁,在BGA相应焊盘那里,补焊一颗0.3mm的锡球。

5. 重新焊接BGA,并再用X光确认无短路。

整个流程耗时约8分钟,成功率约85%。

【新手避坑】

关键原因在于电容是被热风所推动,而根本的解决办法是在布局阶段将通道间距增加到4mm以上,又或者选用更为扁平的BGA封装(像是0.5mm pitch的CSP)。

第五步 不适用场景与替代方案

这种方法对那种BGA器件高度超过3mm、同时板厚小于1mm的薄板并不适用,由于热风枪从通道吹入时,薄板极易受热而弯曲,进而导致BGA焊盘错位。替代的方案是,改用底部预热台,先从PCB背面均匀加热到150°C,接着配合热风枪对BGA局部加热,以此减少板子变形。或者直接采用返修台,运用底部红外加热与顶部热风组合的方式。若是新手碰到薄板这种情况,建议直接去到返修台,切莫凭借通道布局来强行解决问题。

当操练达到相应程度之后, BGA返修最终的成功率能够稳定处于95%以上,通道预留得越是宽阔就越是让人省心,只不过不要过度贪多,要是留存得太大反而会造成布线面积的浪费,依照实际的板层数以及BGA的尺寸开展灵活调整即可。

常见问题(FAQ)

BGA 周围的小元件要留多大间距才方便返修?
BGA 焊盘边缘到最近的贴片电阻、电容边缘至少保持 3.5mm,板子空间紧张时可接受的最小值是 2.5mm。
返修时 BGA 旁边的小电容被吹飞或移位怎么办?
布局阶段就用规则把间距卡死,例如 SMD 元件到 BGA 封装边缘不小于 3mm。也可以在返修前用可移除硅胶点胶固定,每颗小元件两处焊点各点约 1mm 直径的一滴,自然固化 15 分钟。
通道两侧的小元件回流焊后出现立碑怎么解决?
换成低温锡膏 Sn42Bi58,熔点 138°C,同时把热风枪风速调到 3 档以下、温度设到 350°C 左右,降低两端受热的差异。
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