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光通信PCBA双面组装BGA类器件工艺研究 汤大伦— 烽火通信系统设备制造部工艺技术经理 [2010.3.1] 随着通信产品的通信频率越来越高，通信PCBA的组装密度也日益增加，通信PCBA 设计提出了3D 组装和双面组装BGA 类器件的需求，对电装工艺的发展也提出了新的要求。 双面电装BGA类器件的提出由于通信PCBA STM64光接口盘子板需要，在PCBA两面采用了BGA器件和BGA插座（见图1）设计，因而提出了双面电装超重BGA类器件的新工艺课题。 双面电装BGA基本指导思想1、在双面组装时TOP面（top side）元器件第一次回流后，需要将电路板翻转进行另一面的回流焊接。在第二次回流时，原己焊接TOP面元器件可能被表面张力所固定，为了防止元器件在重力作用下的掉落，需要从元器件重量和焊盘总面积的角度来判断元器件在BOT面（bottomside）回流时是否会掉落； 2、此PCBA由二次BGA插座转接，在TOP面有2个BGA器件和2个BGA插座，在BOT面有1个BGA插座，对于双面BGA封装器件和插座在SMT电装上有难度，对于超重的XS1-BGA插座（25g）（Tyco1-1761616-5）器件在SMT电装是第一次。如何在二次回流焊接中使下面的BGA器件，在重力的作用下不掉件，并保持良好的焊点外形，是电装工艺的课题； 3、经分析和理论计算后，决定采用同类型Sn63 /Pb37的有铅焊膏进行二次回流焊接，先焊接TOP面，然后对于TOP面的BGA器件进行热隔离保护，在翻转PCBA后焊接BOT面上的超重BGA插座。 工艺流程设计 1、先在SMT5线电装PCBA的TOP面，贴装2个BGA器件（IC1、IC2）和2个BGA插座（TRX3、TRX4）；2、使用X-Ray设备检查TOP面BGA的焊点质量；3、然后贴装大BGA插座（XS1），器件质量25g，焊球数666；4、在TOP面安装BGA隔热罩，使在焊接BOT面时降低TOP已焊接BGA器件的焊点温度，增加焊料附着力，使BGA器件不掉落；5、调节、选择合适的回流焊接曲线，对于BOT面进行焊接；6、用X-Ray设备检查BOT和TOP面的BGA焊点质量。 二次回流焊接中BGA器件掉落理论简析 第一次焊接时，IC1 ( PM5326 )器件的轨道支撑力F1 ＞ ＞ BGA 重力F ， 熔化的焊球在表面张力托起IC1(PM5326)，器件不能掉落(见图2)。 第二次焊接时，IC1（PM5326）器件的重力作用与第一次焊接时正相反（见图3）。 第二次焊接时器件的重力与轨道支撑力F1方向相反，轨道支撑力对于BGA器件没有支撑作用。要使BGA器件不掉落，必须使BGA重力小于焊料附着力F2。 设定：σ是熔融的焊球抗拉强度Cg是元器件重量Σp是总焊盘面积Σp=ΣA、B……计算公式：Cg≤ΣF2、ΣF2=σ.Σp，即Cg≤σΣp，σ=Cg/Σp。 σ与熔融焊料的内聚力或表面张力成正比，它取决于熔融焊料在某一温度条件下的材料特性，σ=Cg/Σp是评估是否掉件的关键指标。 保证有铅焊料的BGA二次回流不掉落的经典判断标准为：σ=Cg／Σp≤30（g/in2）。 二次回流焊接BGA器件工艺因素鱼骨分析（见图4） 双面回流焊接BGA的工艺计算（按鱼骨图因素计算） 焊膏供应商推荐的回流焊接曲线（见图5）。 焊盘面积和比率（Cg／Σp）计算：1、IC1器件（BGA器件）焊盘总面积：(0.45÷2)2×3.1415926×1292=205mm2×0.00155=0.3185in2 器件重量：14g、 比率：14g÷0.3185in2=43 g/in22、IC2器件（BGA器件）焊盘总面积：(0.45÷2)2×3.1415926×456=73mm2×0.00155=0.1124in2 器件重量：2.25g、 比率：2.25g÷0.1124in2=20 g/in2 3、TRX4器件（BGA插座） 焊盘总面积：(0.58÷2)2×3.1415926×300=79.26mm2×0.00155=0.1229in2 器件重量：3.5g、比率：3.5g÷0.1229in2=28.48 g/in2 4、XS1器件（BGA插座）焊盘总面积：(0.57÷2)2×3.1415926×666=170mm2×0.00155=0.2635in2 器件重量：25g、 比率：25g÷0.2635in2=94.88g/in2经对PCB焊盘、模板开口、器件重量等实际测量统计，形成表4。 掉件原因分析 1 、有铅焊料二次回流有一个经典的判断标准：Cg／Σp≤30（g/in2）；其中Cg是元器件重量，ΣA是总焊盘面积； 2 、根据经典的判断标准： C g ／ Σp≤ 3 0 ， I C 1（T面）和XS1（