如何修复焊接BGA芯片,看动图解析
我们能享受到现代电子设备小而强大的优势,主要得益于芯片小封装的优势。封装形式之一是球阵列封装(BGA)。该封装芯片的引脚是排列在芯片底部的一系列焊盘,通过均匀的焊球与PCB板相连。与传统的在芯片两侧或周围有引脚的封装相比,BGA封装大大增加了芯片引脚的数量,同时也缩短了引脚与电路板的距离。密集的焊球连接也大大提高了芯片的散热能力。
但是,这种封装也对电路板的维护提出了巨大的挑战。芯片的拆装和重装比普通带引脚的芯片要困难得多。尤其是BGA封装的芯片,一旦拆开,底部的焊球就会损坏。重新焊接时,需要使用特殊工具重新种植焊球。
为了确保每个焊球都能与芯片底部的焊盘对齐,需要借助精密钢网。这些金属丝网通常是激光雕刻的。
之前在B站看过一个手工焊接BGA封装芯片的视频,精细的工艺令人惊叹。视频中的芯片是没有焊球的iPhone的主芯片,一平方厘米有1000多个针脚。该视频显示了手动重置焊球和焊接过程的完整 18 个步骤。相信看完之后,人们会对焊接工艺有了新的认识。
1.先将匹配的钢网贴在芯片底部的引脚上,然后在钢网上均匀的涂上锡膏,用力按压。
涂抹焊锡膏
2.然后用软布清理钢网上残留的锡膏。观察所有引脚是否包含均匀的焊膏。
抹平焊锡膏表面
3.使用尖头镊子去除上述四个核心定位焊盘上的锡膏。
去除核心焊盘中的焊锡膏
4.接下来用热风枪加热钢网和芯片,直到锡膏全部熔化,形成球状。
使用热风枪融化焊锡膏
5.在钢网上涂上焊剂,然后再次加热。这可以使形成的焊球更加均匀。
涂抹助焊剂之后再加热
6.用尖头镊子按压定位芯孔,使钢网与芯片分离。
将钢膜从芯片上脱落
7.用吸锡铜丝网在加热的情况下去除定位焊盘上多余的焊料。
使用吸锡钢丝去掉核心焊盘上的焊锡
8.芯片冷却后,用清洗液和软布清洁芯片表面。
清洗芯片
9.由于芯片底部有成型的锡球,很容易将软布上的纤维撕掉,留在新品学科。它们需要被清洗。清洗过程中留在芯片表面的纤维用细针去除。
使用细针提出芯片表面的纤维
10.上述过程中使用了过量的助焊剂,在加热过程中会在芯片周围形成固态结焦。用切肉刀去除芯片边缘周围的杂质。
清理芯片四周的边缘
11.仔细观察,彻底清掉残留在芯片表面的细小纤维。仔细观察芯片表面,看是否所有的焊球都是均匀的。如果有缺陷,就需要修复。这是考验耐心和眼力的时候了。
仔细清理芯片管脚之间的剩余纤维
12.1000个重生的焊球,有些难免有瑕疵。下面的修复过程可以称之为“神术”。对于有缺陷的焊球,也就是在前面的工艺中,锡膏少的地方形成的焊球小。向焊球中加入一些焊膏。
修复锡球上增加焊锡膏
13.用热风枪重新加热焊球。此时,如果焊膏比率大,则可能在两个相邻的焊球之间形成锡桥。
使用热风枪重新加热芯片管脚
14.在加热的情况下,用细针在与桥相连的两个锡桥之间穿过,断开锡桥。这一切都是靠加热完成的。
使用尖针在加热状态下断开管脚之间的锡膏
15.下面的工序是芯片键合工序。相比之前用锡膏再生焊球的工艺,焊接工艺会更容易。用刀口烙铁清洁PCB的焊盘表面,去除所有焊料。然后将芯片放在PCB焊盘上并对齐。
将IC放置在PCB板上
16.使用热空气均匀加热芯片顶部,直到芯片下面和周围的焊盘熔化。熔化的焊球开始与PCB上的焊盘融合,并驱动芯片自动对齐。
使用热风枪均匀加热芯片
用细针轻轻触碰芯片边缘,可以发现芯片会自动与底部PCB上的焊盘对齐。
使用针尖推动芯片,使得芯片自动对齐
17.然后用助焊剂渗入芯片底部。用热风枪继续加热。熔化和沸腾助焊剂会进一步增加芯片焊球的流动性。助焊剂的整齐度也会轻微推动芯片自动与PCB对齐。
使用助焊液提高芯片管脚的流动性
18.当芯片冷却时,可以从侧面目视观察芯片的焊接。此时芯片的所有引脚都与底层多层PCB板一一对应焊接成功。
从侧面目测焊接结果
通过对BGA芯片焊接过程的观察和研究,可以看出电路板的成功焊接是焊料、焊盘、热量和助焊剂共同作用的结果。也许不是所有的电子工程师都能用放大显微镜详细观察到所有的焊接过程,但我相信,一旦你看过了上面的焊接视频,它会留在你的脑海里,并在焊接过程中对你的操作产生潜移默化的影响。