答

自從美國Intel公司1971年設計制造出4位微處a理器芯片以來，在20多年時間內，CPU從Intel4004、80286、80386、80486發展到Pentium和PentiumⅡ，數位從4位、8位、16位、32位發展到64位;主頻從幾兆到今天的400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶體管數由2000個躍升到500萬個以上;半導體制造技術的規模由SSI、MSI、LSI、VLSI達到 ULSI。封裝的輸入/輸出（I/O）引腳從幾十根，逐漸增加到幾百根，下世紀初可能達2千根。這一切真是一個翻天覆地的變化。 

對于CPU，讀者已經很熟悉了，286、386、486、Pentium、Pentium Ⅱ、Celeron、K6、K6-2 ……相信您可以如數家珍似地列出一長串。但談到CPU和其他大規模集成電路的封裝，知道的人未必很多。所謂封裝是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用，而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導線與其他器件建立連接。因此，封裝對CPU和其他LSI集成電路都起著重要的作用。新一代CPU的出現常常伴隨著新的封裝形式的使用.

芯片的封裝技術已經歷了好幾代的變遷，從DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技術指標一代比一代先進，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近于1，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等。 

下面將對具體的封裝形式作詳細說明。 

一、DIP封裝 

70年代流行的是雙列直插封裝，簡稱DIP(Dual In-line Package)。DIP封裝結構具有以下特點: 

1.適合PCB的穿孔安裝; 

2.比TO型封裝易于對PCB布線; 

3.操作方便。 

DIP封裝結構形式有:多層陶瓷雙列直插式DIP，單層陶瓷雙列直插式DIP，引線框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封結構式，陶瓷低熔玻璃封裝式). 

衡量一個芯片封裝技術先進與否的重要指標是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。以采用40根I/O引腳塑料包封雙列直插式封裝(PDIP)的CPU為例，其芯片面積/封裝面積=3×3/15.24×50=1：86,離1相差很遠。不難看出，這種封裝尺寸遠比芯片大，說明封裝效率很低，占去了很多有效安裝面積。 

Intel公司這期間的CPU如8086、80286都采用PDIP封裝。 

二、芯片載體封裝 

80年代出現了芯片載體封裝，其中有陶瓷無引線芯片載體LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引線芯片載體PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、小尺寸封裝SOP(Small Outline Package)、塑料四邊引出扁平封裝PQFP(Plastic Quad Flat Package)

以0.5mm焊區中心距，208根I/O引腳的QFP封裝的CPU為例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，則芯片面積/封裝面積=10×10/28×28=1：7.8，由此可見QFP比DIP的封裝尺寸大大減小。QFP的特點是: 

1.適合用SMT表面安裝技術在PCB上安裝布線; 

2.封裝外形尺寸小，寄生參數減小，適合高頻應用; 

3.操作方便; 

4.可靠性高。 

在這期間，Intel公司的CPU，如Intel 80386就采用塑料四邊引出扁平封裝PQFP。 

三、BGA封裝 

90年代隨著集成技術的進步、設備的改進和深亞微米技術的使用，LSI、VLSI、ULSI相繼出現，硅單芯片集成度不斷提高，對集成電路封裝要求更加嚴格，I/O引腳數急劇增加，功耗也隨之增大。為滿足發展的需要，在原有封裝品種基礎上，又增添了新的品種——球柵陣列封裝，簡稱BGA(Ball Grid Array Package)。 

BGA一出現便成為CPU、南北橋等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引腳封裝的最佳選擇。其特點有: 

1.I/O引腳數雖然增多，但引腳間距遠大于QFP，從而提高了組裝成品率; 

2.雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，簡稱C4焊接，從而可以改善它的電熱性能: 

3.厚度比QFP減少1/2以上，重量減輕3/4以上; 

4.寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高; 

5.組裝可用共面焊接，可靠性高; 

6.BGA封裝仍與QFP、PGA一樣，占用基板面積過大; 

Intel公司對這種集成度很高(單芯片里達300萬只以上晶體管)，功耗很大的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ采用陶瓷針柵陣列封裝CPGA和陶瓷球柵陣列封裝CBGA，并在外殼上安裝微型排風扇散熱，從而達到電路的穩定可靠工作。 

四、面向未來的新的封裝技術 

BGA封裝比QFP先進，更比PGA好，但它的芯片面積/封裝面積的比值仍很低。 

Tessera公司在BGA基礎上做了改進，研制出另一種稱為μBGA的封裝技術，按0.5mm焊區中心距，芯片面積/封裝面積的比為1:4，比BGA前進了一大步。 

1994年9月日本三菱電氣研究出一種芯片面積/封裝面積=1:1.1的封裝結構，其封裝外形尺寸只比裸芯片大一點點。也就是說，單個IC芯片有多大，封裝尺寸就有多大，從而誕生了一種新的封裝形式，命名為芯片尺寸封裝，簡稱CSP(Chip Size Package或Chip Scale Package)。CSP封裝具有以下特點: 

1.滿足了LSI芯片引出腳不斷增加的需要; 

2.解決了IC裸芯片不能進行交流參數測試和老化篩選的問題; 

3.封裝面積縮小到BGA的?至1/10，延遲時間縮小到極短。

曾有人想，當單芯片一時還達不到多種芯片的集成度時，能否將高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和專用集成電路芯片(ASIC)在高密度多層互聯基板上用表面安裝技術(SMT)組裝成為多種多樣電子組件、子系統或系統。由這種想法產生出多芯片組件MCM(Multi Chip Model)。它將對現代化的計算機、自動化、通訊業等領域產生重大影響。MCM的特點有: 

1.封裝延遲時間縮小，易于實現組件高速化; 

2.縮小整機/組件封裝尺寸和重量，一般體積減小?，重量減輕1/3; 

3.可靠性大大提高。 

隨著LSI設計技術和工藝的進步及深亞微米技術和微細化縮小芯片尺寸等技術的使用，人們產生了將多個LSI芯片組裝在一個精密多層布線的外殼內形成MCM產品的想法。進一步又產生另一種想法:把多種芯片的電路集成在一個大圓片上，從而又導致了封裝由單個小芯片級轉向硅圓片級(wafer level)封裝的變革，由此引出系統級芯片SOC(System On Chip)和電腦級芯片PCOC(PC On Chip)。 

隨著CPU和其他ULSI電路的進步，集成電路的封裝形式也將有相應的發展，而封裝形式的進步又將反過來促成芯片技術向前發展。 

  

 

PCB設計基本概念 

1、“層(Layer) ”的概念  

與字處理或其它許多軟件中為實現圖、文、色彩等的嵌套與合成而引入的“層”的概念有所同，Protel的“層”不是虛擬的，而是印刷板材料本身實實在在的各銅箔層?，F今，由于電子線路的元件密集安裝。防干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產品中所用的印刷板不僅有上下兩面供走線，在板的中間還設有能被特殊加工的夾層銅箔，例如，現在的計算機主板所用的印板材料多在4層以上。這些層因加工相對較難而大多用于設置走線較為簡單的電源布線層（如軟件中的Ground Dever和Power Dever），并常用大面積填充的辦法來布線（如軟件中的ExternaI P1a11e和Fill）。上下位置的表面層與中間各層需要連通的地方用軟件中提到的所謂“過孔（Via）”來溝通。有了以上解釋，就不難理解“多層焊盤”和“布線層設置”的有關概念了。 

     舉個簡單的例子，不少人布線完成，到打印出來時方才發現很多連線的終端都沒有焊盤，其實這是自己添加器件庫時忽略了“層”的概念，沒把自己繪制封裝的焊盤特性定義為”多層（Mulii一Layer)的緣故。要提醒的是，一旦選定了所用印板的層數，務必關閉那些未被使用的層，免得惹事生非走彎路。  

2、過孔(Via）  

  　為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導線的文匯處鉆上一個公共孔，這就是過孔。工藝上在過孔的孔壁圓柱面上用化學沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀，可直接與上下兩面的線路相通，也可不連。一般而言，設計線路時對過孔的處理有以下原則：（1）盡量少用過孔，一旦選用了過孔，務必處理好它與周邊各實體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙，如果是自動布線，可在“過孔數量最小化” （ Via Minimiz8tion）子菜單里選擇“on”項來自動解決。（2）需要的載流量越大，所需的過孔尺寸越大，如電源層和地層與其它層聯接所用的過孔就要大一些。  

3、絲印層（Overlay）  

為方便電路的安裝和維修等，在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標志圖案和文字代號等，例如元件標號和標稱值、元件外廓形狀和廠家標志、生產日期等等。不少初學者設計絲印層的有關內容時，只注意文字符號放置得整齊美觀，忽略了實際制出的PCB效果。他們設計的印板上，字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區域被抹賒，還有的把元件標號打在相鄰元件上，如此種種的設計都將會給裝配和維修帶來很大不便。正確的絲印層字符布置原則是：”不出歧義，見縫插針，美觀大方”。 

4、SMD的特殊性  

Protel封裝庫內有大量SMD封裝，即表面焊裝器件。這類器件除體積小巧之外的最大特點是單面分布元引腳孔。因此，選用這類器件要定義好器件所在面，以免“丟失引腳（Missing Plns）”。另外，這類元件的有關文字標注只能隨元件所在面放置。

5、網格狀填充區（External Plane ）和填充區(Fill)  

正如兩者的名字那樣，網絡狀填充區是把大面積的銅箔處理成網狀的，填充區僅是完整保留銅箔。初學者設計過程中在計算機上往往看不到二者的區別，實質上，只要你把圖面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的區別，所以使用時更不注意對二者的區分，要強調的是，前者在電路特性上有較強的抑制高頻干擾的作用，適用于需做大面積填充的地方，特別是把某些區域當做屏蔽區、分割區或大電流的電源線時尤為合適。后者多用于一般的線端部或轉折區等需要小面積填充的地方。  

6、焊盤( Pad）  

   焊盤是PCB設計中最常接觸也是最重要的概念，但初學者卻容易忽視它的選擇和修正，在設計中千篇一律地使用圓形焊盤。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤，如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等，但有時這還不夠用，需要自己編輯。例如，對發熱且受力較大、電流較大的焊盤，可自行設計成“淚滴狀”，在大家熟悉的彩電PCB的行輸出變壓器引腳焊盤的設計中，不少廠家正是采用的這種形式。一般而言，自行編輯焊盤時除了以上所講的以外，還要考慮以下原則：

（1）形狀上長短不一致時要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大； 

（2）需要在元件引角之間走線時選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍； 

（3）各元件焊盤孔的大小要按元件引腳粗細分別編輯確定，原則是孔的尺寸比引腳直徑大0．2- 0．4毫米。  

7、各類膜（Mask)  

這些膜不僅是PcB制作工藝過程中必不可少的，而且更是元件焊裝的必要條件。按“膜”所處的位置及其作用，“膜”可分為元件面（或焊接面）助焊膜（TOp or Bottom 和元件面（或焊接面）阻焊膜（TOp or BottomPaste Mask）兩類。 顧名思義，助焊膜是涂于焊盤上，提高可焊性能的一層膜，也就是在綠色板子上比焊盤略大的各淺色圓斑。阻焊膜的情況正好相反，為了使制成的板子適應波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘錫，因此在焊盤以外的各部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫?？梢姡@兩種膜是一種互補關系。由此討論，就不難確定菜單中 

類似“solder Mask En1argement”等項目的設置了。  

 

8、飛線  

自動布線時供觀察用的類似橡皮筋的網絡連線，在通過網絡表調入元件并做了初步布局后，用“Show 命令就可以看到該布局下的網絡連線的交叉狀況，不斷調整元件的位置使這種交叉最少，以獲得最大的自動布線的布通率。這一步很重要，可以說是磨刀不誤砍柴功，多花些時間，值！另外，自動布線結束，還有哪些網絡尚未布通，也可通過該功能來查找。找出未布通網絡之后，可用手工補償，實在補償不了就要用到“飛線”的第二層含義，就是在將來的印板上用導線連通這些網絡。要交待的是，如果該電路板是大批量自動線生產，可將這種飛線視為0歐阻值、具有統一焊盤間距的電阻元件來進行設計. 

  

 

硬件焊接技術 

★重點 

    焊接是維修電子產品很重要的一個環節。電子產品的故障檢測出來以后，緊接著的就是焊接。 

    焊接電子產品常用的幾種加熱方式：烙鐵，熱空氣，錫漿，紅外線，激光等，很多大型的焊接設備都是采用其中的一種或幾種的組合加熱方式。 

   常用的焊接工具有：電烙鐵，熱風焊臺，錫爐，BGA焊機 

   焊接輔料：焊錫絲，松香，吸錫槍，焊膏，編織線等。 

   電烙鐵主要用于焊接模擬電路的分立元件，如電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應管等，也可用于焊接尺寸較小的QFP封裝的集成塊，當然我們也可以用它來焊接CPU斷針，還可以給PCB板補線，如果顯卡或內存的金手指壞了，也可以用電烙鐵修補。電烙鐵的加熱芯實際上是繞了很多圈的電阻絲，電阻的長度或它所選用的材料不同，功率也就不同，普通的維修電子產品的烙鐵一般選用20W-50W。有些高檔烙鐵作成了恒溫烙鐵，且溫度可以調節，內部有自動溫度控制電路，以保持溫度恒定，這種烙鐵的使用性能要更好些，但價格一般較貴，是普通烙鐵的十幾甚至幾十倍。純凈錫的熔點是230度，但我們維修用的焊錫往往含有一定比例的鉛，導致它的熔點低于230度，最低的一般是180度。

新買的烙鐵首先要上錫，上錫指的是讓烙鐵頭粘上焊錫，這樣才能使烙鐵正常使用，如果烙鐵用得時間太久，表面可能會因溫度太高而氧化，氧化了的烙鐵是不粘錫的，這樣的烙鐵也要經過上錫處理才能正常使用。 

   焊接： 

   拆除或焊接電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應管時，可以在元件的引腳上涂一些焊錫，這樣可以更好地使熱量傳遞過去，等元件的所有引腳都熔化時就可以取下來或焊上去了。焊時注意溫度較高時，熔化后迅速抬起烙鐵頭，則焊點光滑，但如溫度太高，則易損壞焊盤或元件。 

   補PCB布線 

    PCB板斷線的情況時有發生，顯示器、開關電源等的線較粗，斷的線容易補上，至于主板、顯卡、筆記本的線很細，線距也很小，要想補上就要麻煩一些。要想補這些斷線，先要準備一個很窄的扁口刮刀，刮刀可以自已動手用小螺絲刀在磨刀石上磨，使得刮刀口的寬度與PCB板布線的寬度差不多。補線時要先用刮刀把PCB板斷線表面的絕緣漆刮掉，注意不要用力太大以免把線刮斷，另外還要注意不要把相臨的PCB布線表面的絕緣漆刮掉，為的是避免焊錫粘到相臨的線上，表面處理好以后就要在上面均勻地涂上一層焊膏，然后用烙鐵在刮掉漆的線上加熱涂錫，然后找報廢的鼠標，抽出里面的細銅絲，把單根銅絲涂上焊膏，再用烙鐵涂上焊錫，然后用烙鐵小心地把細銅絲焊在斷線的兩端。

焊接完成后要用萬用表檢測焊接的可靠性，先要量線的兩端確認線是否已經連上，然后還要檢測一下補的線與相臨的線是否有粘連短路的現象。 

   塑料軟線的修補 

   光驅激光頭排線、打印機的打印頭的連線經常也有斷裂的現象，焊接的方式與PCB板補線差不多，需要注意的是因普通塑料能耐受的溫度很低，用烙鐵焊接時溫度要把握好，速度要盡量快些，盡量避免塑料被燙壞，另外，為防止受熱變形，可用小的夾子把線夾住定位。 

 

CPU斷針的焊接： 

   CPU斷針的情況很常見，370結構的賽揚一代CPU和P4的CPU針的根部比較結實，斷針一般都是從中間折斷，比較容易焊接，只要在針和焊盤相對應的地方涂上焊膏，上了焊錫后用烙鐵加熱就可以焊上了，對于位置特殊，不便用烙鐵的情況可以用熱風焊臺加熱。 

   賽揚二代的CPU的針受外力太大時往往連根拔起，且拔起以后的下面的焊盤很小，直接焊接成功率很低且焊好以后，針也不易固定，很容易又會被碰掉下來，對于這種情況一般有如下幾種處理方式：第一種方式：用鼠標里剝出來的細銅絲一端的其中一根與CPU的焊盤焊在一起，然后用502膠水把線粘到CPU上，另一端與主板CPU座上相對應的焊盤焊在一起，從電氣連接關系上說，與接插在主板上沒有什么兩樣，維一的缺點是取下CPU不方便。第二種方式：在CPU斷針處的焊盤上置一個錫球（錫球可以用BGA焊接用的錫球，當然也可以自已動手作），然后自已動手作一個稍長一點的針（，插入斷針對應的CPU座內，上面固定一小塊固化后的導電膠（導電膠有一定的彈性），然后再把CPU插入CPU座內，壓緊鎖死，這樣處理后的CPU可能就可以正常工作了。 

顯卡、內存條等金手指的焊接： 

   顯卡或內存如果多次反復從主板上拔下來或插上去，可能會導致金手指脫落，供電或接地的引腳也常會因電流太大導致金手指燒壞，為使它們能夠正常使用，就要把金手指修補好，金手指的修補較簡單，可以從別的報廢的卡上用壁紙刀刮下同樣的金手指，表面處理干凈后，用502膠水小心地把它對齊粘在損壞的卡上，膠水凝固以后，再用壁紙刀把新粘上去的金手指的上端的氧化物刮掉，涂上焊膏，再用細銅絲將它與斷線連起來即可。 

集成塊的焊接： 

    在沒有熱風焊臺的情況下，也可考慮用烙鐵配合焊錫來拆除或焊接集成塊，它的方法是用烙鐵在芯片的各個引腳都堆滿焊錫，然后用烙鐵循環把焊錫加熱，直到所有的引腳焊錫都同時熔化，就可以把芯片取下來了。把芯片從電路板上取下來，可以考慮用細銅絲從芯片的引腳下穿過，然后從上面用手提起。

熱風焊臺 

    熱風焊臺是通過熱空氣加熱焊錫來實現焊接功能的，黑盒子里面是一個氣泵，性能好的氣泵噪聲較小，氣泵的作用是不間斷地吹出空氣，氣流順著橡皮管流向前面的手柄，手柄里面是焊臺的加熱芯，通電后會發熱，里面的氣流順著風嘴出來時就會把熱量帶出來。 

    每個焊臺都會配有多個風嘴，不同的風嘴配合不同的芯片來使用，事實上，現在大多數的技術人員只用其中的一個或兩個風嘴就可以完成大多數的焊接工作了，也就是這種圓孔的用得最多。根據我們的使用情況，熱風焊臺一般選用850型號的，它的最大功耗一般是450W，前面有兩個旋鈕，其中的一個是負責調節風速的，另一個是調節溫度的。使用之前必須除去機身底部的泵螺絲，否則會引起嚴重問題。使用后，要記得冷卻機身，關電后，發熱管會自動短暫噴出涼氣，在這個冷卻的時段，請不要拔去電源插頭。否則會影響發熱芯的使用壽命。注意，工作時850的風嘴及它噴出的熱空氣溫度很高，能夠把人燙傷，切勿觸摸，替換風嘴時要等它的溫度降下來后才可操作。 

 

下面講述QFP芯片的更換 

    首先把電源打開，調節氣流和溫控旋鈕，使溫度保持在250-350度之間，將起拔器置于集成電路塊之下，讓噴嘴對準所要熔化的芯片的引腳加熱，待所有的引腳都熔化時，就可以抬起拔器，把芯片取下來。取下芯片后，可以涂適量焊膏在電路板的焊盤上，用風嘴加熱使焊盤盡量平齊，然后再在焊盤上涂適量焊膏，將要更換的芯片對齊固定在電路板上，再用風嘴向引腳均勻地吹出熱氣，等所有的引腳都熔化后，焊接就完成了。最后，要注意檢查一下焊接元件是否不短路虛焊的情況。

BGA芯片焊接： 

    要用到BAG芯片貼裝機，不同的機器的使用方法有所不同，附帶的說明書有詳細的描述。 

插槽（座）的更換： 

    插槽（座）的尺寸較大，在生產線上一般用波峰焊來焊接，波峰焊機可以使焊錫熔化成為錫漿并使錫漿形成波浪，波浪的頂峰與PCB板的下表面接觸，使得插槽（座）與焊盤焊在一起，對于小批量的生產或維修，往往用錫爐來更換插槽（座），錫爐的原理與波峰焊差不多，都是用錫漿來拆除或焊接插槽，只要讓焊接面與插槽（座）吻合即可。 

貼片式元器件的拆卸、焊接技巧  

    貼片式元器件的拆卸、焊接宜選用200～280℃調溫式尖頭烙鐵。貼片式電阻器、電容器的基片大多采用陶瓷材料制作，這種材料受碰撞易破裂，因此在拆卸、焊接時應掌握控溫、預熱、輕觸等技巧。控溫是指焊接溫度應控制在200～250℃左右。預熱指將待焊接的元件先放在100℃左右的環境里預熱1～2分鐘，防止元件突然受熱膨脹損壞。輕觸是指操作時烙鐵頭應先對印制板的焊點或導帶加熱，盡量不要碰到元件。另外還要控制每次焊接時間在3秒鐘左右，焊接完畢后讓電路板在常溫下自然冷卻。以上方法和技巧同樣適用于貼片式晶體二、三極管的焊接。 

    貼片式集成電路的引腳數量多、間距窄、硬度小，如果焊接溫度不當，極易造成引腳焊錫短路、虛焊或印制線路銅箔脫離印制板等故障。拆卸貼片式集成電路時，可將調溫烙鐵溫度調至260℃左右，用烙鐵頭配合吸錫器將集成電路引腳焊錫全部吸除后，用尖嘴鑷子輕輕插入集成電路底部，一邊用烙鐵加熱，一邊用鑷子逐個輕輕提起集成電路引腳，使集成電路引腳逐漸與印制板脫離。用鑷子提起集成電路時一定要隨烙鐵加熱的部位同步進行，防止操之過急將線路板損壞。 

    換入新集成電路前要將原集成電路留下的焊錫全部清除，保證焊盤的平整清潔。然后將待焊集成電路引腳用細砂紙打磨清潔，均勻搪錫，再將待焊集成電路腳位對準印制板相應焊點，焊接時用手輕壓在集成電路表面，防止集成電路移動，另一只手操作電烙鐵蘸適量焊錫將集成電路四角的引腳與線路板焊接固定后，再次檢查確認集成電路型號與方向，正確后正式焊接，將烙鐵溫度調節在250℃左右，一只手持烙鐵給集成電路引腳加熱，另一只手將焊錫絲送往加熱引腳焊接，直至全部引腳加熱焊接完畢，最后仔細檢查和排除引腳短路和虛焊，待焊點自然冷卻后，用毛刷蘸無水酒精再次清潔線路板和焊點，防止遺留焊渣。

檢修模塊電路板故障前，宜先用毛刷蘸無水酒精清理印制板，清除板上灰塵、焊渣等雜物，并觀察原電路板是否存在虛焊或焊渣短路等現象，以及早發現故障點，節省檢修時間。 

  

 

BGA焊球重置工藝 

★了解 

1、 引言 

BGA作為一種大容量封裝的SMD促進了SMT的發展，生產商和制造商都認識到：在大容量引腳封裝上BGA有著極強的生命力和競爭力，然而BGA單個器件價格不菲，對于預研產品往往存在多次試驗的現象，往往需要把BGA從基板上取下并希望重新利用該器件。由于BGA取下后它的焊球就被破壞了，不能直接再焊在基板上，必須重新置球，如何對焊球進行再生的技術難題就擺在我們工藝技術人員的面前。在Indium公司可以購買到BGA專用焊球，但是對BGA每個焊球逐個進行修復的工藝顯然不可取，本文介紹一種SolderQuick 的預成型壞對BGA進行焊球再生的工藝技術。 

2、 設備、工具及材料 

    預成型壞 夾具 助焊劑 去離子水 清洗盤 清洗刷 6英寸平鑷子 耐酸刷子 回流焊爐和熱風系統 顯微鏡 指套(部分工具視具體情況可選用) 

3、 工藝流程及注意事項 

3.1準備 

   確認BGA的夾具是清潔的。把再流焊爐加熱至溫度曲線所需溫度。 

3．2工藝步驟及注意事項 

3.2.1把預成型壞放入夾具 

   把預成型壞放入夾具中，標有SolderQuik 的面朝下面對夾具。保證預成型壞與夾具是松配合。如果預成型壞需要彎曲才能裝入夾具，則不能進入后道工序的操作。預成型壞不能放入夾具主要是由于夾具上有臟東西或對柔性夾具調整不當造成的。 

3.2.2在返修BGA上涂適量助焊劑 

  用裝有助焊劑的注射針筒在需返修的BGA焊接面涂少許助焊劑。注意：確認在涂助焊劑以前BGA焊接面是清潔的。 

3.2.3把助焊劑涂均勻,用耐酸刷子把助焊劑均勻地刷在BGA封裝的整個焊接面，保證每個焊盤都蓋有一層薄薄的助焊劑。確保每個焊盤都有焊劑。薄的助焊劑的焊接效果比厚的好。 

3.2.4把需返修的BGA放入夾具中,把需返修的BGA放入夾具中，涂有助焊劑的一面對著預成型壞。 

3.2.5 放平BAG,輕輕地壓一下BGA，使預成型壞和BGA進入夾具中定位，確認BGA平放在預成型壞上。 

3.2.6回流焊 

    把夾具放入熱風對流爐或熱風再流站中并開始回流加熱過程。所有使用的再流站曲線必須設為已開發出來的BGA焊球再生工藝專用的曲線。 

3.2.7冷卻 

   用鑷子把夾具從爐子或再流站中取出并放在導熱盤上，冷卻2分鐘。 

3.2.8取出 

   當BGA冷卻以后，把它從夾具中取出把它的焊球面朝上放在清洗盤中。 

3.2.9浸泡 

  用去離子水浸泡BGA，過30秒鐘，直到紙載體浸透后再進行下一步操作。 

3.2.10剝掉焊球載體 

   用專用的鑷子把焊球從BGA上去掉。剝離的方法最好是從一個角開始剝離。剝離下來的紙應是完整的。如果在剝離過程中紙撕爛了則立即停下，再加一些去離子水，等15至30秒鐘再繼續。 

3.2.11去除BGA上的紙屑,在剝掉載體后，偶爾會留下少量的紙屑，用鑷子把紙屑夾走。當用鑷子夾紙屑時，鑷子在焊球之間要輕輕地移動。小心：鑷子的頭部很尖銳，如果你不小心就會把易碎的阻焊膜刮壞。 

3.2.12清洗 

  把紙載體去掉后立即把BGA放在去離子水中清洗。用大量的去離子水沖洗并刷子用功刷BGA。 

  小心：用刷子刷洗時要支撐住BGA以避免機械應力。 

  注意：為獲得最好 的清洗效果，沿一個方向刷洗，然后轉90度，再沿一個方向刷洗，再轉90度，沿相同方向刷洗，直到轉360度。 

3.2.13漂洗 

  在去離子水中漂洗BGA，這會去掉殘留的少量的助焊劑和在前面清洗步聚中殘留的紙屑。然后風干，不能用干的紙巾把它擦干。 

3.2.14檢查封裝 

 用顯微鏡檢查封裝是否有污染，焊球未置上以及助焊劑殘留。如需要進行清洗則重復3.2.11-3.2.13。 

注意：由于此工藝使用的助焊劑不是免清洗助焊劑，所以仔細清洗防止腐蝕和防止長期可靠性失效是必需的。 

確定封裝是否清洗干凈的最好的方法是用電離圖或效設備對離子污染進行測試。所有的工藝的測試結果要符合污染低于0.75mg NaaCI/cm2的標準。另，3.2.9-3.2.13的清洗步聚可以用水槽清洗或噴淋清洗工藝代替。

4、 結論 

由于BGA上器件十分昂貴，所以BGA的返修變得十分必要，其中關鍵的焊球再生是一個技術難點。本工藝實用、可靠，僅需購買預成型壞和夾具即可進行BGA的焊再生，該工藝解決了BGA返修中的關鍵技術難題  

 

焊錫膏使用常見問題分析 

★重點 

    焊膏的回流焊接是用在SMT裝配工藝中的主要板級互連方法，這種焊接方法把所需要的焊接特性極好地結合在一起，這些特性包括易于加工、對各種SMT設計有廣泛的兼容性，具有高的焊接可靠性以及成本低等；然而，在回流焊接被用作為最重要的SMT元件級和板級互連方法的時候，它也受到要求進一步改進焊接性能的挑戰，事實上，回流焊接技術能否經受住這一挑戰將決定焊膏能否繼續作為首要的SMT焊接材料，尤其是在超細微間距技術不斷取得進展的情況之下。下面我們將探討影響改進回流焊接性能的幾個主要問題，為發激發工業界研究出解決這一課題的新方法，我們分別對每個問題簡要介紹。

底面元件的固定 

   雙面回流焊接已采用多年，在此，先對第一面進行印刷布線，安裝元件和軟熔，然后翻過來對電路板的另一面進行加工處理，為了更加節省起見，某些工藝省去了對第一面的軟熔，而是同時軟熔頂面和底面，典型的例子是電路板底面上僅裝有小的元件，如芯片電容器和芯片電阻器，由于印刷電路板（PCB）的設計越來越復雜，裝在底面上的元件也越來越大，結果軟熔時元件脫落成為一個重要的問題。顯然，元件脫落現象是由于軟熔時熔化了的焊料對元件的垂直固定力不足，而垂直固定力不足可歸因于元件重量增加，元件的可焊性差，焊劑的潤濕性或焊料量不足等。其中，第一個因素是最根本的原因。如果在對后面的三個因素加以改進后仍有元件脫落現象存在，就必須使用SMT粘結劑。顯然，使用粘結劑將會使軟熔時元件自對準的效果變差。 

未焊滿 

   未焊滿是在相鄰的引線之間形成焊橋。通常，所有能引起焊膏坍落的因素都會導致未焊滿，這些因素包括：1，升溫速度太快；2，焊膏的觸變性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢復太慢；3，金屬負荷或固體含量太低；4，粉料粒度分布太廣；5；焊劑表面張力太小。但是，坍落并非必然引起未焊滿，在軟熔時，熔化了的未焊滿焊料在表面張力的推動下有斷開的可能，焊料流失現象將使未焊滿問題變得更加嚴重。在此情況下，由于焊料流失而聚集在某一區域的過量的焊料將會使熔融焊料變得過多而不易斷開。 

    除了引起焊膏坍落的因素而外，下面的因素也引起未滿焊的常見原因：1，相對于焊點之間的空間而言，焊膏熔敷太多；2，加熱溫度過高；3，焊膏受熱速度比電路板更快；4，焊劑潤濕速度太快；5，焊劑蒸氣壓太低；6；焊劑的溶劑成分太高；7，焊劑樹脂軟化點太低。 

 

斷續潤濕 

  焊料膜的斷續潤濕是指有水出現在光滑的表面上（1.4.5.），這是由于焊料能粘附在大多數的固體金屬表面上，并且在熔化了的焊料覆蓋層下隱藏著某些未被潤濕的點，因此，在最初用熔化的焊料來覆蓋表面時，會有斷續潤濕現象出現。亞穩態的熔融焊料覆蓋層在最小表面能驅動力的作用下會發生收縮，不一會兒之后就聚集成分離的小球和脊狀禿起物。斷續潤濕也能由部件與熔化的焊料相接觸時放出的氣體而引起。由于有機物的熱分解或無機物的水合作用而釋放的水分都會產生氣體。水蒸氣是這些有關氣體的最常見的成份，在焊接溫度下，水蒸氣具極強的氧化作用，能夠氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界面（典型的例子是在熔融焊料交界上的金屬氧化物表面）。常見的情況是較高的焊接溫度和較長的停留時間會導致更為嚴重的斷續潤濕現象，尤其是在基體金屬之中，反應速度的增加會導致更加猛烈的氣體釋放。與此同時，較長的停留時間也會延長氣體釋放的時間。以上兩方面都會增加釋放出的氣體量，消除斷續潤濕現象的方法是：1，降低焊接溫度；2，縮短軟熔的停留時間；3，采用流動的惰性氣氛；4，降低污染程度。

低殘留物 

   對不用清理的軟熔工藝而言，為了獲得裝飾上或功能上的效果，常常要求低殘留物，對功能要求方面的例子包括“通過在電路中測試的焊劑殘留物來探查測試堆焊層以及在插入接頭與堆焊層之間或在插入接頭與軟熔焊接點附近的通孔之間實行電接觸”，較多的焊劑殘渣常會導致在要實行電接觸的金屬表層上有過多的殘留物覆蓋，這會妨礙電連接的建立，在電路密度日益增加的情況下，這個問題越發受到人們的關注。 

    顯然，不用清理的低殘留物焊膏是滿足這個要求的一個理想的解決辦法。然而，與此相關的軟熔必要條件卻使這個問題變得更加復雜化了。為了預測在不同級別的惰性軟熔氣氛中低殘留物焊膏的焊接性能，提出一個半經驗的模型，這個模型預示，隨著氧含量的降低，焊接性能會迅速地改進，然后逐漸趨于平穩，實驗結果表明，隨著氧濃度的降低，焊接強度和焊膏的潤濕能力會有所增加，此外，焊接強度也隨焊劑中固體含量的增加而增加。實驗數據所提出的模型是可比較的，并強有力地證明了模型是有效的，能夠用以預測焊膏與材料的焊接性能，因此，可以斷言，為了在焊接工藝中成功地采用不用清理的低殘留物焊料，應當使用惰性的軟熔氣氛。

間隙 

   間隙是指在元件引線與電路板焊點之間沒有形成焊接點。一般來說，這可歸因于以下四方面的原因：1，焊料熔敷不足；2，引線共面性差；3，潤濕不夠；4，焊料損耗棗這是由預鍍錫的印刷電路板上焊膏坍落，引線的芯吸作用（2.3.4）或焊點附近的通孔引起的,引線共面性問題是新的重量較輕的12密耳（μm）間距的四芯線扁平集成電路(QFP棗Quad flat packs)的一個特別令人關注的問題,為了解決這個問題,提出了在裝配之前用焊料來預涂覆焊點的方法(9),此法是擴大局部焊點的尺寸并沿著鼓起的焊料預覆蓋區形成一個可控制的局部焊接區,并由此來抵償引線共面性的變化和防止間隙,引線的芯吸作用可以通過減慢加熱速度以及讓底面比頂面受熱更多來加以解決,此外,使用潤濕速度較慢的焊劑,較高的活化溫度或能延緩熔化的焊膏(如混有錫粉和鉛粉的焊膏)也能最大限度地減少芯吸作用.在用錫鉛覆蓋層光整電路板之前,用焊料掩膜來覆蓋連接路徑也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用。 

 

焊料成球 

   焊料成球是最常見的也是最棘手的問題，這指軟熔工序中焊料在離主焊料熔池不遠的地方凝固成大小不等的球粒；大多數的情況下,這些球粒是由焊膏中的焊料粉組成的，焊料成球使人們耽心會有電路短路、漏電和焊接點上焊料不足等問題發生，隨著細微間距技術和不用清理的焊接方法的進展，人們越來越迫切地要求使用無焊料成球現象的SMT工藝。 

    引起焊料成球（1,2,4,10）的原因包括：1,由于電路印制工藝不當而造成的油漬;2,焊膏過多地暴露在具有氧化作用的環境中;3,焊膏過多地暴露在潮濕環境中;4,不適當的加熱方法;5,加熱速度太快;6,預熱斷面太長;7,焊料掩膜和焊膏間的相互作用;8,焊劑活性不夠;9,焊粉氧化物或污染過多;10,塵粒太多;11,在特定的軟熔處理中,焊劑里混入了不適當的揮發物;12,由于焊膏配方不當而引起的焊料坍落；13、焊膏使用前沒有充分恢復至室溫就打開包裝使用；14、印刷厚度過厚導致“塌落”形成錫球；15、焊膏中金屬含量偏低。 

 

焊料結珠 

  焊料結珠是在使用焊膏和SMT工藝時焊料成球的一個特殊現象.，簡單地說,焊珠是指那些非常大的焊球,其上粘帶有(或沒有)細小的焊料球(11).它們形成在具有極低的托腳的元件如芯片電容器的周圍。焊料結珠是由焊劑排氣而引起,在預熱階段這種排氣作用超過了焊膏的內聚力,排氣促進了焊膏在低間隙元件下形成孤立的團粒,在軟熔時,熔化了的孤立焊膏再次從元件下冒出來,并聚結起。 

   焊接結珠的原因包括：1,印刷電路的厚度太高;2,焊點和元件重疊太多;3,在元件下涂了過多的錫膏;4,安置元件的壓力太大;5,預熱時溫度上升速度太快;6,預熱溫度太高;7,在濕氣從元件和阻焊料中釋放出來;8,焊劑的活性太高;9,所用的粉料太細;10,金屬負荷太低;11,焊膏坍落太多;12,焊粉氧化物太多;13,溶劑蒸氣壓不足。消除焊料結珠的最簡易的方法也許是改變模版孔隙形狀,以使在低托腳元件和焊點之間夾有較少的焊膏。