BGA返修过程越来越多的电路板采用了无铅工艺,相对对于锡铅合金熔点183℃,无铅合金的熔点和峰值温度(217℃)的差别很大。这里用LPB-2016 BGA返修台来介绍返修温度曲线调整方法和注意事项。
为了适应这些变化,无铅的峰值温度就要维持在230℃和245℃之间,变化的幅度只有15℃,与有铅装配工艺的35℃相比,下降了大约60%。如果热容量大的大元件与较小、易受温度影响的元件一起使用,温度调整的范围会进一步缩小。大元件的热容量大,需要较高的峰值温度,持续时间也需要较长,但较小的、对温度敏感的元件则要求温度较低,持续时间较短。由于温度调整范围小,要求维修人员对过程进行密切的管理,尤其对于那些复杂的电路板更要仔细的调整温度曲线。
在BGA返修或BGA焊接过程中,焊接温度曲线是一个重要的变量,它对BGA返修台的成功率有很大的影响,特别是返修后的稳定性更是致命的。返修过程中的温度和加热时间是焊接温度曲线的两个变量。对于不同的电路板和不同的助焊剂(焊膏),这里推荐使用美国AMTECH焊膏,焊接温度曲线是不同的。
在调整温度曲线时,我们需要把电路板装上。可以用给定的温度数据开始,LPB-2016 BGA返修台内部存储了12组返修温度曲线数据,用热电偶监测电路板上面一侧的温度,记录好数据后根据无铅焊接温度设置标准调整LPB-2016数据组数据。
BGA返修温度曲线主要分如下几个调整温区:
一、预热区。
温度是30℃至175℃,通常建议使用的升温速度是每秒2℃至3℃,以避免对容易受温度影响的元件(例如,陶瓷片状电阻器)造成热冲击。
这个建议太保守,因为同样的电容器是用波峰焊,在焊接过程中,它们的预热温度大约是从120℃,温度上升到焊锡槽中的260℃也不会出现什么问题。所以使用每秒5℃的速度同样是安全的。
保温区。
在这个温区,电路板达到温度均匀。在这个温区,温度上升速度缓慢,温度从175℃上升到220℃,温度曲线几乎是平的。保温区也起到焊膏的助焊剂活化区的作用。长时间保温的目的是为了减少气泡,尤其是对于球栅阵列(BGA)封装器件,在保温区温度过高的后果是焊膏过分氧化而导致出现锡珠,焊膏会溅出来。不使用保温区,但把温度平稳地从预热区升高到峰值再流温度,这也是一个普遍的做法。然而,当温度逐步提高到峰值再流温度时,焊接可靠性会降低许多,为以后带来新的返修隐患。
再流区。
这个温区,如果温度太高,电路板有可能会烧伤或者烧焦。如果温度太低,焊点会呈现灰暗和粒状。这个温区的峰值温度,应该高到足以使助焊剂充分起作用,而且湿润性很好。但它不应该高到导致元件或者电路板损坏、变色或者烧焦的程度。对于无铅焊接,这个温区的峰值温度应该是230℃至245℃。焊锡融化成液态以上的时间应该保持30秒到60秒。温度高于液态的持续时间过长,会损坏易受温度影响的元件。它也会导致金属间的过度化合,使焊点变得很脆,降低焊点的抗疲劳能力。
冷却区
再流之后焊点的冷却速度也很重要。冷却速度合理,焊料结晶粒度越小,抗疲劳能力越高。
最后就是在返修过程中所有四个温区整块电路板的温度均匀,在5℃至10℃之内,适当提高整板的温度对于焊接成功率和可靠性是一个很好的方法,这也是BGA返修中极为重要的。LPB-2016 BGA返修台可以存储12个温度数据组,可以有效减少维修人员温度调节工作量。
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