1、 回收BGAA的重新新植球 By Wiilliiam J. Cassey本文介介紹，回回收象BBGA這這樣越來來越貴重重的元件件的一個個試驗結(jié)結(jié)果。BGAA元件正正迅速成成為密間間距和超超密間距距技術(shù)所所選擇的的封裝。在在提供一一個可靠靠的裝配配工藝的的同時達(dá)達(dá)到高密密度的互互連，使使得在工工業(yè)范圍圍內(nèi)越來來越多地地采用這這種形式式的元件件?？墒鞘?，這些些元件的的大量出出現(xiàn)與其其不斷增增加的成成本正在在推動裝裝配與返返工工藝藝期間對對BGAA回收的的需求。直到最最近，那那些含有有可再工工作缺陷陷的BGGA元件件只是從從印刷電電路裝配配上取下下，然后后扔掉。不不幸的是是這樣做做是有成成本代價價的

2、，特特別是現(xiàn)現(xiàn)在的高高端陶瓷瓷BGAA(CBBGA)和大型型、高輸輸入/輸輸出塑料料BGAA(PBBGA)。當(dāng)要求求返工時時，通過過回收BBGA來來挽救裝裝配和降降低成本本是重要要的。這這樣可以以避免由由于零件件短缺而而造成的的停產(chǎn)與與利潤損損失。要要做到這這一點，就就必須理理解在維維持裝配配及其有有關(guān)元件件的原有有條件可可靠性與與操作效效率的翻翻修工藝藝中的機(jī)機(jī)制。最近我我們對BBGA的的再植球球(reeballlinng)工工藝進(jìn)行行了深入入研究，試試驗了四四種不同同的再植植球方法法1。每一一個方法法都包括括需要正正面影響響元件的的取下與與替換方方法。這這些方法法是：模板法：較較厚的、孔孔

3、尺寸較較大的模模板用來來將預(yù)成成型的錫錫球放置置在元件件上的焊焊盤位置置。然后后錫球被被掃進(jìn)預(yù)預(yù)上助焊焊劑或已已印刷錫錫膏的放放置位置置。 自動分配法法：用機(jī)機(jī)械設(shè)備備一個一一個地將將錫球預(yù)預(yù)成型放放到上助助焊劑或或錫膏的的BGAA元件焊焊盤上。 高純度銅辮辮法：高高純度銅銅辮預(yù)成成型用來來將錫球球放到已已印刷助助焊劑的的焊盤上上。 干燥焊接法法：一種種專門的的干燥焊焊接工藝藝和一種種合成回回流/對對中工具具一起使使用。 試驗在試驗驗矩陣中中包含了了下列參參數(shù)：助助焊劑粘粘度、助助焊劑化化學(xué)成分分、助焊焊劑粘著著性、錫錫球合金金、和各各種錫球球附著工工藝。利利用一個個滿足分分析試驗驗需求的的基

4、板或或元件，提提供一致致的參數(shù)數(shù)和在整整個分析析過程中中維持一一個通用用的試驗驗平臺，這這在試驗驗設(shè)計中中是很重重要的。這個項項目需要要的元件件是作為為工廠菊菊花鏈元元件采購購的。試試驗也通通過提供供在零件件的正常常返工過過程(包包括回流流/取下下)期間間所獲得得的實時時數(shù)據(jù)來來增強(qiáng)。基基線的建建立是使使用直接接來自工工廠菊花花鏈部分分的元件件，并且且沒有暴暴露到任任何類型型的制造造環(huán)境。選擇了了一個3352 PBGGA菊花花鏈封裝裝，它含含有一個個35mmm的樹樹脂覆蓋蓋的模塊塊和1.27mmm間距距的0.03錫球(63SSn/337Pbb)。所所有BGGA封裝裝的錫球球座都由由銅焊盤盤構(gòu)成

5、，有有1000m的的鎳隔板板和在鎳鎳隔板上上電鍍33-8m的金金。所有有元件從從試驗裝裝配上取取下，經(jīng)經(jīng)過一次次回流。所所有板都都是0.0933厚度度的Frr-4006熱風(fēng)風(fēng)焊錫均均勻(HHASLL)表面面涂層。所所有板都都有0.0300無焊焊錫覆蓋蓋界定的的焊盤(NSMMD, nonn-sooldeer mmaskk deefinned padds)，串串行鏈接接以增加加電氣試試驗的容容易。這個通通用平臺臺允許試試驗集中中在有影影響的參參數(shù)上，而而不是在在元件變變量本身身。使用用HASSL表面面涂層的的主要目目的是提提供從PPCB基基板到焊焊接柱的的盡可能能最高強(qiáng)強(qiáng)度的連連接，同同時維持持一

6、致的的試驗參參數(shù)。焊錫印印數(shù)是使使用0.0300開孔孔的0.0066厚度度的不銹銹鋼片。這這個方法法形成一一個可行行的焊錫錫連接，而而不產(chǎn)生生諸如短短路這樣樣的異常常的制造造缺陷。這這個方法法也希望望揭示，從從錫球到到元件基基板的焊焊錫內(nèi)連連或金屬屬間的附附著比失失效板的的附著機(jī)機(jī)制要強(qiáng)強(qiáng)得多。測量標(biāo)準(zhǔn)選擇擇剪切試試驗和環(huán)環(huán)境應(yīng)力力試驗來來積累測測量與試試驗數(shù)據(jù)據(jù)。剪切切試驗提提供在各各種工藝藝與涉及及的材料料和足夠夠精度之之間的有有用比較較。剪切切試驗的的最大好好處是幫幫助確認(rèn)認(rèn)各種濕濕潤問題題，比如如粘附強(qiáng)強(qiáng)度、過過多金屬屬間化合合物的形形成、錫錫球的污污染、和和元件的的安裝座座。環(huán)境境試

7、驗是是評估和和逐步增增強(qiáng)元件件失效機(jī)機(jī)制、獲獲得統(tǒng)計計數(shù)據(jù)和和進(jìn)行基基線分析析的一個個有效工工具。這些基基線幫助助確定和和隨后減減少上述述技術(shù)常常見的各各種隨機(jī)機(jī)引發(fā)錯錯誤。雖雖然安裝裝的不同同方法是是統(tǒng)計上上分析和和證實的的，但是是壽命期期望的差差異、使使用的容容易性、成成本效益益、和科科學(xué)分析析最終決決定BGGA回收收的錫球球安裝的的最佳方方法。元件的取下下元件的的取下和和隨后PPCB與與封裝表表面的準(zhǔn)準(zhǔn)備是一一個成功功工藝的的最重要要部分。為為了提供供一個可可靠的互互連座，座座的準(zhǔn)備備必須認(rèn)認(rèn)真進(jìn)行行，諸如如焊盤的的損壞、共共面性、污污染、潮潮濕敏感感性和元元件的處處理等參參數(shù)必須須嚴(yán)格

8、控控制。由于回回流與取取下工藝藝的關(guān)鍵鍵性，適適當(dāng)?shù)幕鼗亓髑€線必須用用于維持持在元件件取下期期間的封封裝的完完整性。錫錫膏和元元件制造造商提供供有幫助助的專用用溫度曲曲線。元元件應(yīng)該該用一個個熱板溫溫度曲線線來取下下，形成成的峰值值溫度在在元件制制造商的的限制之之內(nèi)。自自動設(shè)備備戲劇性性地減少少在建立立的溫度度曲線中中的可變變性，在在某種程程度上保保證取下下的力量量在推薦薦的界限限之內(nèi)。原來封封裝的取取下將造造成在PPCA上上從錫球球和印刷刷的焊錫錫塊的焊焊錫釋放放，因此此，必須須認(rèn)真完完成，以以提供一一個平面面的無污污染的安安裝座。這這個步驟驟對于獲獲得一個個可靠的的裝配是是極其重重要的。

9、最最常用的的方法是是使用高高純度的的銅辮。對對這個方方法的觀觀點是不不同的，能能否提供供損傷控控制或在在吸錫印印刷電路路裝配或或元件基基板時防防止損壞壞。該工工藝可能能造成的的損壞經(jīng)經(jīng)常直接接與操作作員的熟熟練程度度有關(guān)。取下的的另一個個常用方方法是使使用一個個非接觸觸式清除除系統(tǒng)，它它利用加加熱的惰惰性氣體體，通常常是氮氣氣，和一一個真空空設(shè)備來來將焊錫錫從焊盤盤上清除除，而不不物理接接觸基板板。雖然然這些方方法通過過控制溫溫度和對對安裝座座的接觸觸損壞來來提供一一個很好好的取下下方法，但但是，成成本高，因因此業(yè)界界不常使使用。在基板板的取下下和清除除完成之之后，必必須進(jìn)行行全面的的外觀檢檢

10、查。對對0.003安安裝座的的檢查放放大倍數(shù)數(shù)不應(yīng)該該小于33倍。對對于小于于常用的的0.003直直徑的安安裝座，放放大倍數(shù)數(shù)至少應(yīng)應(yīng)該是110倍。這這個步驟驟對發(fā)現(xiàn)現(xiàn)元件或或電路損損壞是非非常有用用的。檢檢查應(yīng)該該包括下下列缺陷陷：過多多污染、損損壞或翹翹起的電電路板焊焊盤和元元件焊盤盤的損壞壞。在使使用高純純度銅辮辮2等接觸觸式清除除方法處處理時，焊焊盤損傷傷是常見見的問題題。阻焊焊的受損損、減少少、或物物理損壞壞可能造造成許多多焊接的的問題。關(guān)鍵的材料料參數(shù)助焊焊劑是一一個成功功的BGGA植球球工藝的的最重要要材料參參數(shù)。在在本研究究中我們們集中在在常見的的、容易易獲得的的和提供供必要特

11、特性(如如高粘著著性)的的助焊劑劑上。所所選擇的的助焊劑劑化學(xué)成成分由FF1-FF4來代代表，粘粘度4445-7700和和相似活活性特征征的免洗洗與水洗洗兩種。這這些試驗驗在有高高氮環(huán)境境的對流流爐中進(jìn)進(jìn)行(表表一)。表一、助焊劑物理特性的矩陣助焊劑描述粘著性 g/f粘度 泊F150300F242.5300F3144445F4125600等離子法/干焊00高溫錫球附著63Sn/37Pb42.52230助焊劑劑參數(shù)在在回流之之前的物物理放置置和錫球球的保持持上，以以及在焊焊錫回流流的動力力學(xué)中都都是特別別重要的的。另外外，最初初回流前前的錫球球放置精精度是保保證適當(dāng)當(dāng)?shù)暮稿a錫濕潤和和達(dá)到最最佳的

12、錫錫球自我我對中所所必要的的。圖一一說明當(dāng)當(dāng)最初回回流前放放置最佳佳時工藝藝控制窗窗口增大大。選擇擇一個將將顯示提提高錫球球放置精精度，同同時適合合所希望望的放置置方法的的粘性范范圍是重重要的。雖然在在多數(shù)情情況下回回流前的的放置公公差是可可接受的的，但是是注意發(fā)發(fā)生在放放置后的的錫球精精度。錫錫球的自自我對中中和濕潤潤特性必必須達(dá)到到最大，以以保證取取得一個個元件在在可接受受條件下下。還有有，保證證外觀檢檢查和對對中不受受影響。各各種對中中測量可可歸因于于粘度、粘粘著性和和/或沉沉淀高度度的影響響。這些些參數(shù)在在圖二中中比較。 HYPERLINK /Images/reballing-bga1

13、.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga1.jpg 圖一、在評估助焊劑平均粘著性和模板放置方法時回流前評估期間，放置精度提高。 HYPERLINK /Images/reballing-bga2.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga2.jpg 圖二、使用適度的粘度和粘著特性，回流后的精度提高。這些參參數(shù)可能能不是唯唯一的起起作用的的影響。助助焊劑的的沉淀厚厚度可能能成為參參數(shù)相互互作用期期間的一一個因素素。實際際的沉淀淀高度也也可能增增加錫球球從助焊焊劑表面面移動到到接觸焊焊盤的時時間，因因此減低低放置精精度的機(jī)機(jī)會。助助焊劑的的

14、粘度與與粘著性性很明顯顯造成回回流期間間錫球“浮浮起”。這這個浮起起增加附附著或濕濕潤時間間和錫球球偶然漂漂移的可可能性，它它減少自自我對中中特性的的物理時時間3。錫球使使用的是是有下列列金屬化化合金的的預(yù)成型型錫球：Sn663/337,990/110,660/440和662/336/22Ag。選選擇預(yù)成成型錫球球的主要要參數(shù)是是球形的的公差和和一致的的質(zhì)量。第第二個問問題也可可能集中中在封裝裝、氧化化水平和和尺寸與與金屬化化的可獲獲得性。錫球放置方方法錫球放放置是使使用下列列方法進(jìn)進(jìn)行的：1、模模板方法法：對中中與隨后后的錫球球放置是是使用開開孔直徑徑比錫球球的大00.0003-00.000

15、6的的厚度為為0.0015-0.0035的模板板進(jìn)行的的。每個元元件的錫錫球分布布使用化化學(xué)腐蝕蝕或激光光切割到到模板上上，它要要求不同同的分布布形式和和工具或或模板類類型，因因為零件件的物理理尺寸是是變化的的。將元元件準(zhǔn)備備好，在在安裝座座上用模模板印刷刷少量一一層助焊焊劑。將將模板對對準(zhǔn)零件件，錫球球通過開開孔刷到到座上。該該方法提提供準(zhǔn)確確的錫球球定位，并并容易識識別無球球的座子子?？墒鞘?，它不不是底模模(unnderr-mooldeed)BBGA的的最佳方方法，它它的密封封造成離離地高度度增加。2、自動分配方法：在這個方法中，將一臺自動密封或分配機(jī)器重新編程，來以所希望的元件分布形式放

16、置錫球，在安裝工藝發(fā)生之前施用助焊劑，幫助達(dá)到更加自動化的流動。雖然這個工藝昂貴，當(dāng)有很高的精度與可重復(fù)性。另一個優(yōu)點是該方法不要求模板需要的一大攤工具。如果很大數(shù)量的元件需要回收使用，要做的只是簡單地裝料，剩下的由分配機(jī)去處理。3、高純度銅辮法：高純度銅辮法使用包在紙矩陣中的63Sn/37Pb錫球，這個紙矩陣與要植球的封裝相配合。對中數(shù)據(jù)顯示這種放置方法是最精確的。該工藝涉及正常的元件準(zhǔn)備工作。首先，植球助焊劑輕輕刷在元件焊盤上。然后紙胚放在一個方形對中夾具上，整個系統(tǒng)回流，以達(dá)到安裝的目的。在回流之后，紙矩陣在去離子水中溶解，只留下安裝好的錫球。可能需要少量的清潔來最后將紙去掉，保證清除助

17、焊劑。因為該工藝不使用免洗助焊劑，認(rèn)真清洗是必要的，以防止腐蝕，也是長期可靠性的考慮。決定是否封裝已經(jīng)適當(dāng)清潔的最好方法是測試離子的污染，允許范圍是低于每平方英寸0.75微克。4、干焊法：已經(jīng)開發(fā)出一種借助等離子的干焊工藝來幫助工藝改進(jìn)和對先進(jìn)技術(shù)的回收使用4。該工藝使用等離子形成各種有機(jī)凈化和非反應(yīng)的自由基。該混合物清除積累在回收的BGA錫球放置座上的氧化物。結(jié)果提高該座表面的可濕潤性。結(jié)果顯示，使用干焊工藝產(chǎn)生附著力量和回流前后的放置精度，等于或好于其它安裝方法的精度。這些結(jié)果是由于需要對準(zhǔn)夾具來在整個回流工藝中固定錫球。等離子系統(tǒng)減少有機(jī)污染，并允許在助焊系統(tǒng)中典型的電蝕問題的減少5。無

18、助焊系統(tǒng)的其它優(yōu)點包括消除在返工之后要求的除濕工藝。借助等離子的干焊法可能成為首選的方法，如果使用的是極為敏感的零件。干焊法的優(yōu)點也可以通過剪切試驗數(shù)據(jù)來反映。重新處理的元件數(shù)據(jù)是可比較的，有時好于從新的元件得到的數(shù)據(jù)。排列分布或錫球的X、Y坐標(biāo)位置的整體對中比前面使用夾具的處理方法有所改進(jìn)。與在擴(kuò)大的對中孔中增加厭錫桶有關(guān)的焊錫釋放的改善，也會給錫球的安裝帶來一個極準(zhǔn)確的方法。錫球安裝錫球球安裝的的一個重重要參數(shù)數(shù)是提供供一個回回流溫度度曲線，通通過將助助焊劑活活化特性性達(dá)到最最大來得得到最高高的安裝裝強(qiáng)度，使使有害的的金屬間間效應(yīng)最最小。對對該工藝藝一個有有用的著著手資料料是錫球球與助焊焊

19、劑制造造商的回回流指引引。本研研究使用用的是特特別提供供專門回回流工藝藝時間與與溫度的的操作指指南。圖圖四顯示示推薦用用于633Sn/37PPb和662Snn/366Pb/2Agg錫球的的溫度曲曲線，在在液化以以上的最最大555秒鐘時時間，最最高的峰峰值溫度度為2115CC。所有有回流工工藝都在在一個氮氮氣氣氛氛中進(jìn)行行，氧氣氣濃度范范圍是330-1150pppm。注注意這個個惰性氣氣氛幫助助保證只只出現(xiàn)最最少量的的氧化物物污染。 HYPERLINK HYPERLINK /Images/reballing-bga4.jpg 圖四、用于于植球的的標(biāo)準(zhǔn)溫溫度曲線線使用者者應(yīng)該找找到一種種回流曲曲線

20、，使使以下的的焊接特特性達(dá)到到最佳：陷落、安安裝強(qiáng)度度、液化化時間、保保溫時間間、升溫溫速率和和整體空空洞控制制。試驗結(jié)果在新元元件的可可靠性與與那些使使用重新新植球系系統(tǒng)的元元件之間間提供一一個表示示特征的的方法是是重要的的。結(jié)果果，需要要對焊錫錫的互連連或金屬屬間化合合層進(jìn)行行一個徹徹底的分分析。進(jìn)行錫錫球剪切切強(qiáng)度試試驗，在在機(jī)械的的基礎(chǔ)上上評估焊焊點。當(dāng)當(dāng)使用剪剪切方法法來試驗驗BGAA或CSSP上的的錫球時時，最終終結(jié)果應(yīng)應(yīng)該表明明焊錫濕濕潤和附附著在整整個電路路板焊盤盤上。造造成焊錫錫任何的的剪切應(yīng)應(yīng)該顯示示失效是是在焊錫錫塊中(接觸表表面粘結(jié)結(jié)破壞ccoheesivve ffai

21、lluree)，而而不是焊焊盤或兩兩者之間間的界面面(粘合合失效aadheesivve ffailluree)。理理想地，應(yīng)應(yīng)該留下下一些悍悍錫，覆覆蓋在整整個焊盤盤表面。如如果失效效發(fā)生在在金屬間間和焊盤盤界面，那那么要作作進(jìn)一步步的研究究。圖五五和六顯顯示失效效發(fā)生在在焊錫內(nèi)內(nèi)(coohessivee faailuure)，試驗驗是在3352 PBGGA元件件上進(jìn)行行的錫球球剪切試試驗，它它支持預(yù)預(yù)想的結(jié)結(jié)果。 HYPERLINK /Images/reballing-bga5.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga5.jpg 圖五、內(nèi)部粘結(jié)失效，留下大約0.

22、035的合金高度 HYPERLINK /Images/reballing-bga6.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga6.jpg 圖六、留下完整基板焊盤的圖例62SSn錫球球?qū)Ψ庋b裝基板的的剪切強(qiáng)強(qiáng)度試驗驗顯示，當(dāng)當(dāng)使用模模板法結(jié)結(jié)合水洗洗重植球球助焊劑劑時強(qiáng)度度是最高高的。當(dāng)當(dāng)不使用用助焊劑劑時剪切切試驗是是最低的的。最令令人驚奇奇的結(jié)果果是在使使用各種種放置方方法、各各種助焊焊劑化學(xué)學(xué)成分和和物理特特性將663Snn/377Pb共共晶錫球球安裝到到封裝基基板時得得到的。這這些試驗驗都是以以新的、未未接觸的的元件為為基線的的。剪切強(qiáng)強(qiáng)度結(jié)果果一般與與低粘性

23、性的助焊焊劑時較較低。報報告的值值是從每每種助焊焊劑或放放置參數(shù)數(shù)的755個剪切切座中建建立的。圖圖七所示示的分布布建立了了從回流流的633SN錫錫球所獲獲得的數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)論論。剪切切強(qiáng)度表表明，強(qiáng)強(qiáng)化的專專門工藝藝使用的的助焊劑劑和預(yù)先先決定的的工藝控控制可以以在重植植球的元元件上改改善剪切切強(qiáng)度，甚甚至用與與原始的的元件。 HYPERLINK t _blank HYPERLINK /Images/reballing-bga7.jpg 圖七、剪切切試驗的的統(tǒng)計分分布當(dāng)與對對新元件件的剪切切強(qiáng)度比比較時，二二次回流流和增加加鉛含量量或金屬屬間化合合物層(IMCC, iinteermeetallli

24、cc coompooundd)的厚厚度可能能不象一一般所想想象的那那么壞。金金屬間化化合物層層可能對對錫球小小得多的的直接芯芯片應(yīng)用用有不止止一種影影響，IIMC會會占焊點點厚度的的較大比比例?？煽啃栽囼烌灴梢杂糜脦讉€試試驗來評評估與新新條件零零件有關(guān)關(guān)的基線線，包括括溫度試試驗(-401255C)和剪切切強(qiáng)度試試驗。可靠性試驗驗參數(shù)、規(guī)規(guī)格溫度從-4401125C以每每天488周期循循環(huán) TD = 15 minn, Te = 1165C TD等等于預(yù)期期的平均均駐留時時間，這這個是重重要的，因因為它決決定互連連中的應(yīng)應(yīng)力釋放放。這個個應(yīng)力釋釋放造成成焊接點點中的釋釋放，決決定與在在焊點應(yīng)應(yīng)力

25、釋放放的最大大疲勞損損壞有關(guān)關(guān)的循環(huán)環(huán)疲勞損損壞數(shù)量量。電路板FR-4多多層樹脂脂玻璃板板 玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換換溫度為為1800-2115CC 在“平面方方向內(nèi)的的”CTTE不匹匹配，S = 166.255ppmm/CC 阻焊層高度度 = 0.0025mmm 和和當(dāng)覆蓋蓋跡線時時的0.0688mm HASL大大約0.0177mm厚厚度的錫錫/鉛涂涂層 溫度循循環(huán)試驗驗是在33,5221次有有80%的封裝裝失效時時終止。最最初的失失效是在在1,2258次次時。結(jié)論這里考考查了四四種重整整回收BBGA錫錫球的方方法。結(jié)結(jié)果顯示示，如果果植球方方法使用用認(rèn)真的的元件座座準(zhǔn)備、適適當(dāng)?shù)闹竸⒑秃瓦m當(dāng)?shù)牡腻a球選選擇，那那么與其其原始條條件的元元件比較較，在返返工封裝裝的可靠靠性或性性能方面面沒有觀觀察到差差別。證明最最重要的的參數(shù)是是助焊劑劑參數(shù)。如如果得到到及其差差劣的品品質(zhì)，那那么焊錫錫合金可可能是一一個問題題；可是是，影響響該工藝藝性能的的外觀缺缺陷可能能性是次次要的。在在錫球選選擇期間間必須處處理的主主要問題題包括體體積與對對稱性公公差。放放置方法法對元件件品質(zhì)的的影響很很小，如如果選擇擇合適的的助焊劑劑，并且且準(zhǔn)確率率可以接接受。本研究究也表明明，模板板方法是是一個當(dāng)當(dāng)使用適適當(dāng)?shù)闹竸r時提供可可靠連接接的有效效方法。雖雖然剪切切強(qiáng)度和和壽命分分布