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  • SMT干貨 | 貼片組裝過程中“零缺陷”焊接BGA的方法

    作者: 迅得電子
    發布日期: 2019-08-26 00:00:00

    由于BGA的引腳(也就是焊球)隱藏在元件下面,如果不能做及時準確的檢查,那么就容易造成焊點缺陷。目前,BGA焊點的檢測手段主要有自動光學檢測(AOI)自動X射線檢測,能夠檢測的缺陷包括空洞、移位、橋連、假焊等。看似完美的解決方案實際上充滿了很大風險。首先,一旦檢測出缺陷,那么就需要返工,既耗時,又使生產成本上升,這些顯然不是OEM想看到的。



    其實,想要提升BGA焊接質量,最根本的措施還是規范生產環節,從源頭降低缺陷發生的風險,這對貼片組裝生產商提出了更高的要求。迅得電子從事電子生產組裝服務十余年來,始終致力于為客戶提供高質量SMT組裝服務,BGA貼裝方面已經積累了豐富的生產經驗,目前,迅得電子能夠貼裝最小引腳為0.35mm的BGA元件。

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    因此,本文就是出自迅得電子貼裝生產工程師之手,是他們十余年生產經驗的最好總結。本文主要介紹了BGA焊接原理,詳述了BGA焊接前和BGA焊接過程中的質量措施,希望對您了解BGA貼片組裝技術提供幫助。



    BGA焊接原理



    當焊料的溫度達到熔點之上,銅表面的氧化層在助焊劑的活化作用下就會被清洗掉。同時,銅表面和焊料中的金屬顆粒能夠達到足夠活化的程度。熔融的焊料在焊盤表面得到潤濕,正如之前說到的,焊盤銅表面已經通過助焊劑清洗干凈。通過化學擴散反應作用,金屬化合物最終直接在焊料和焊盤表面生成。通過這樣一系列的變化和作用,BGA就被永久地固定在了PCB適當位置上。


     

    如何把BGA“完美”焊接在PCB上




    想要弄清楚“零缺陷”焊接BGA的方法之前,我們有必要了解貼片組裝的一般流程。貼片組裝主要包含以下幾個步驟:


      ? 錫膏印刷
      ? 錫膏檢查系統
      ? 貼片
      ? 回流焊接
      ? 自動光學檢測(AOI)
      ? 自動X射線檢測
      ? 返工

    為了在貼片過程中優化BGA焊接,在BGA焊接前和焊接過程中有必要采取必要措施。所以,接下來我們的討論將從焊接前和焊接中兩方面進行。



    焊接前



    為了把BGA元件固定在PCB裸板上,首先就是要保持BGA元件和裸板PCB始終處在好狀態中。畢竟,一點點的瑕疵,比如濕氣,就可能造成元件焊接缺陷甚至造成整個產品的報廢。



    a. 電路板準備


        首先,要為電路板選擇合適的表面處理方式,以符合項目和產品要求。幾種常見的表面處理方式的比較需要特別清楚。比如,有些產品的需要符合歐盟ROHS要求,那么就需要無鉛表面處理,無鉛噴錫、無鉛化學鎳金或無鉛OSP都可以選擇,再根據其各自的優缺點確定最終的表面處理方式。



        其次,電路板裸板要合理保存及應用。電路板必須真空包裝,里面包含防潮袋和濕敏指示卡。濕敏指示卡能夠方便、經濟地檢查濕氣是否在可控范圍內。卡片的顏色是用來指示袋子內的濕氣的,也能反映防潮劑是否有效。一旦包裝內的濕氣超過或者等同于指示值,相應的圓圈就會變成粉色。



        最后,PCB裸板需要進行清洗和/或烘烤。烘烤有助于防止電路板中的濕氣在焊接過程中形成焊接缺陷。一般情況下,烘烤需要在110±10℃溫度中進行兩個小時。除此以外,PCB板在移動和保存的過程中表面也會被塵土覆蓋,所以在貼片和焊接前必須進行必要的清洗。迅得電子使用的是超聲清洗儀,可以對PCB裸板和組裝好的PCB進行充分的清洗,保證它們的清潔。如此,可充分保證板子的可靠性。

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    b. BGA元器件準備


        作為一種濕敏元器件,BGA元器件儲存的環境必須是恒溫和干燥的。儲存過程中,操作人員必須嚴格遵守元器件儲存規范規程,防止元器件質量受到影響而下降。通常說來,BGA元器件需要儲存在防潮箱內,溫度在20到25攝氏度之間,相對濕度10%,能使用氮氣保存更好。



        BGA元器件需要在焊接之前烘烤,焊接溫度不應該超過125℃,因為太高的溫度可能造成金相結構的改變。當元器件進入回流焊接流程中,容易引起焊球點和元件封裝之間分離,從而降低貼片組裝中的焊接質量。如果烘烤溫度太低,濕氣又不太容易去除。所以,BGA元件的烘烤溫度必須進行適當調整。另外,烘烤完畢后,BGA元件需要冷卻半小時,才能進入貼片組裝生產線。



    焊接中



    實際上,控制回流焊接并不是一件容易的事,所以,必須調整最佳的溫度曲線,只有這樣才能夠獲得BGA元器件焊接的最高質量。



      a. 預熱階段
        在預熱階段,PCB板的溫度穩定上升,助焊劑受到激活。通常說來,溫升需要穩定、持續,防止電路板在受到溫度的突然上升后發生形變。理想的溫升速率應該控制在3℃/s以下,2℃/s是最合適的。時間間隔應該控制在60 到90秒之間。



      b. 浸潤階段
        在浸潤階段中,助焊劑逐漸蒸發。溫度應該保持在150到180℃之間,時間長度應為60到120秒,這樣助焊劑能夠完全揮發。溫升速度通常控制在0.3到0.5℃/s。



      c. 回流階段
        回流階段的溫度在這個階段會超過焊料的熔點,使焊料從固態轉化為液態。在這個階段,溫度應當控制在183℃以上,時間長度在60到90秒之間。太長或太短的時間都可能造成焊接缺陷。焊接的溫度要控制在220±10℃,時長大約為10到20秒。



      d. 冷卻階段
        在冷卻階段,焊料開始變成固體,這樣就能將BGA元器件固定在板子上了。而且,溫降需要控制不能太高,通常在4℃/s以下。理想的溫降為3℃/s,太高的溫降可能會導致PCB板變形,大大降低BGA焊接質量。



    只要以上的要求都能達到,那么BGA元器件就能高質量地固定在PCB上了。正如開頭所說,要想得到“零缺陷”焊接,核心工作就在貼片組裝生產環節,因此,迅得電子始終致力于提高生產質量,優化過程控制,不斷提升生產技術難度,最大限度地滿足OEM對產品質量和難度的要求。

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