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BGA焊接采用的回流焊的原理。这里介绍一下锡球在焊接过程中的回流机理。
当锡球至于一个加热的环境中,锡球回流分为三个阶段:
预热
,用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发,温度上升必需慢(大约每秒5° C),以限制沸腾和飞溅,防止形成小锡珠,还有,一些元件对内部应力比较敏感,如果元件外部温度上升太快,会造成断裂。
助焊剂(膏)活跃,化学清洗行动开始,水溶性助焊剂(膏)和免洗型助焊剂(膏)都会发生同样的清洗行动,只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。
当温度继续上升,焊锡颗粒单熔化,并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖,并开始形成锡焊点。
回流区
有时叫做峰值区或后升温区,这个区的作用是将PCB的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点,而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是焊膏合金的熔点温度加40℃左右,回流区工作时间范围是20 - 50s。这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2~5℃,或使回流峰值温度比推荐的高,或工作时间太长可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损,并损害元件的完整性。回流峰值温度比推荐的低,工作时间太短可能出现冷焊等缺陷。
在焊接BGA之前,PCB和BGA都要在80℃~90℃,10~20小时的条件下在恒温烤箱中烘烤,目的是除潮,更具受潮程度不同适当调节烘烤温度和时间。没有拆封的PCB和BGA可以直接进行焊接。特别指出,在进行以下所有操作时,要佩戴静电环或者防静电手套,避免静电对芯片可能造成的损害。在焊接BGA之前,要将BGA准确的对准在PCB上的焊盘上。这里采用两种方法:光学对位和手工对位。主要采用的手工对位,即将BGA的四周和PCB上焊盘四周的丝印线对齐。这里有个诀窍:在把BGA和丝印线对齐的过程中,即使没有完全对齐,即使锡球和焊盘偏离30%左右,依然可以进行焊接。因为锡球在融化过程中,会因为它和焊盘之间的张力而自动和焊盘对齐。在完成对齐的操作以后,将PCB放在BGA返修工作站的支架上,将其固定,使其和BGA返修工作站水平。选择合适的热风喷嘴(即喷嘴大小比BGA大小略大),然后选择对应的温度曲线,启动焊接,待温度曲线完毕,冷却,便完成了BGA的焊接。