某公司回收bga的重新植球

1、 回收BGGA的重重新植球球By WWillliamm J. Caaseyy本文介绍绍，回收收象BGGA这样样越来越越贵重的的元件的的一个试试验结果果。BGGA元件件正迅速速成为密密间距和和超密间间距技术术所选择择的封装装。在提提供一个个可靠的的装配工工艺的同同时达到到高密度度的互连连，使得得在工业业范围内内越来越越多地采采用这种种形式的的元件。可是，这些元元件的大大量出现现与其不不断增加加的成本本正在推推动装配配与返工工工艺期期间对BBGA回回收的需需求。直到到最近，那些含含有可再再工作缺缺陷的BBGA元元件只是是从印刷刷电路装装配上取取下，然然后扔掉掉。不幸幸的是这这样做是是有成本本代价的

2、的，特别别是现在在的高端端陶瓷BBGA(CBGGA)和和大型、高输入入/输出出塑料BBGA(PBGGA)。当要要求返工工时，通通过回收收BGAA来挽救救装配和和降低成成本是重重要的。这样可可以避免免由于零零件短缺缺而造成成的停产产与利润润损失。要做到到这一点点，就必必须理解解在维持持装配及及其有关关元件的的原有条条件可靠靠性与操操作效率率的翻修修工艺中中的机制制。最近近我们对对BGAA的再植植球(rrebaalliing)工艺进进行了深深入研究究，试验验了四种种不同的的再植球球方法11。每一一个方法法都包括括需要正正面影响响元件的的取下与与替换方方法。这这些方法法是：模板法：较厚的的、孔尺尺寸

3、较大大的模板板用来将将预成型型的锡球球放置在在元件上上的焊盘盘位置。然后锡锡球被扫扫进预上上助焊剂剂或已印印刷锡膏膏的放置置位置。 自动分配配法：用用机械设设备一个个一个地地将锡球球预成型型放到上上助焊剂剂或锡膏膏的BGGA元件件焊盘上上。 高纯度铜铜辫法：高纯度度铜辫预预成型用用来将锡锡球放到到已印刷刷助焊剂剂的焊盘盘上。 干燥焊接接法：一一种专门门的干燥燥焊接工工艺和一一种合成成回流/对中工工具一起起使用。 试验在试试验矩阵阵中包含含了下列列参数：助焊剂剂粘度、助焊剂剂化学成成分、助助焊剂粘粘着性、锡球合合金、和和各种锡锡球附着着工艺。利用一一个满足足分析试试验需求求的基板板或元件件，提供

4、供一致的的参数和和在整个个分析过过程中维维持一个个通用的的试验平平台，这这在试验验设计中中是很重重要的。这个个项目需需要的元元件是作作为工厂厂菊花链链元件采采购的。试验也也通过提提供在零零件的正正常返工工过程(包括回回流/取取下)期期间所获获得的实实时数据据来增强强。基线线的建立立是使用用直接来来自工厂厂菊花链链部分的的元件，并且没没有暴露露到任何何类型的的制造环环境。选择择了一个个3522 PBBGA菊菊花链封封装，它它含有一一个355mm的的树脂覆覆盖的模模块和11.277mm间间距的00.033锡球球(633Sn/37PPb)。所有BBGA封封装的锡锡球座都都由铜焊焊盘构成成，有1100

5、m的镍镍隔板和和在镍隔隔板上电电镀3-8mm的金。所有元元件从试试验装配配上取下下，经过过一次回回流。所所有板都都是0.0933厚度度的Frr-4006热风风焊锡均均匀(HHASLL)表面面涂层。所有板板都有00.0330无无焊锡覆覆盖界定定的焊盘盘(NSSMD, noon-ssoldder massk ddefiinedd paads)，串行行链接以以增加电电气试验验的容易易。这个个通用平平台允许许试验集集中在有有影响的的参数上上，而不不是在元元件变量量本身。使用HHASLL表面涂涂层的主主要目的的是提供供从PCCB基板板到焊接接柱的尽尽可能最最高强度度的连接接，同时时维持一一致的试试验参数

6、数。焊锡锡印数是是使用00.0330开开孔的00.0006厚厚度的不不锈钢片片。这个个方法形形成一个个可行的的焊锡连连接，而而不产生生诸如短短路这样样的异常常的制造造缺陷。这个方方法也希希望揭示示，从锡锡球到元元件基板板的焊锡锡内连或或金属间间的附着着比失效效板的附附着机制制要强得得多。测量标准准选选择剪切切试验和和环境应应力试验验来积累累测量与与试验数数据。剪剪切试验验提供在在各种工工艺与涉涉及的材材料和足足够精度度之间的的有用比比较。剪剪切试验验的最大大好处是是帮助确确认各种种湿润问问题，比比如粘附附强度、过多金金属间化化合物的的形成、锡球的的污染、和元件件的安装装座。环环境试验验是评估估

7、和逐步步增强元元件失效效机制、获得统统计数据据和进行行基线分分析的一一个有效效工具。这些些基线帮帮助确定定和随后后减少上上述技术术常见的的各种随随机引发发错误。虽然安安装的不不同方法法是统计计上分析析和证实实的，但但是寿命命期望的的差异、使用的的容易性性、成本本效益、和科学学分析最最终决定定BGAA回收的的锡球安安装的最最佳方法法。元件的取取下元件件的取下下和随后后PCBB与封装装表面的的准备是是一个成成功工艺艺的最重重要部分分。为了了提供一一个可靠靠的互连连座，座座的准备备必须认认真进行行，诸如如焊盘的的损坏、共面性性、污染染、潮湿湿敏感性性和元件件的处理理等参数数必须严严格控制制。由于于回

8、流与与取下工工艺的关关键性，适当的的回流曲曲线必须须用于维维持在元元件取下下期间的的封装的的完整性性。锡膏膏和元件件制造商商提供有有帮助的的专用温温度曲线线。元件件应该用用一个热热板温度度曲线来来取下，形成的的峰值温温度在元元件制造造商的限限制之内内。自动动设备戏戏剧性地地减少在在建立的的温度曲曲线中的的可变性性，在某某种程度度上保证证取下的的力量在在推荐的的界限之之内。原来来封装的的取下将将造成在在PCAA上从锡锡球和印印刷的焊焊锡块的的焊锡释释放，因因此，必必须认真真完成，以提供供一个平平面的无无污染的的安装座座。这个个步骤对对于获得得一个可可靠的装装配是极极其重要要的。最最常用的的方法是

9、是使用高高纯度的的铜辫。对这个个方法的的观点是是不同的的，能否否提供损损伤控制制或在吸吸锡印刷刷电路装装配或元元件基板板时防止止损坏。该工艺艺可能造造成的损损坏经常常直接与与操作员员的熟练练程度有有关。取下下的另一一个常用用方法是是使用一一个非接接触式清清除系统统，它利利用加热热的惰性性气体，通常是是氮气，和一个个真空设设备来将将焊锡从从焊盘上上清除，而不物物理接触触基板。虽然这这些方法法通过控控制温度度和对安安装座的的接触损损坏来提提供一个个很好的的取下方方法，但但是，成成本高，因此业业界不常常使用。在基基板的取取下和清清除完成成之后，必须进进行全面面的外观观检查。对0.03安装座座的检查查

10、放大倍倍数不应应该小于于3倍。对于小小于常用用的0.03直径的的安装座座，放大大倍数至至少应该该是100倍。这这个步骤骤对发现现元件或或电路损损坏是非非常有用用的。检检查应该该包括下下列缺陷陷：过多多污染、损坏或或翘起的的电路板板焊盘和和元件焊焊盘的损损坏。在在使用高高纯度铜铜辫2等接触触式清除除方法处处理时，焊盘损损伤是常常见的问问题。阻阻焊的受受损、减减少、或或物理损损坏可能能造成许许多焊接接的问题题。关键的材材料参数数助助焊剂是是一个成成功的BBGA植植球工艺艺的最重重要材料料参数。在本研研究中我我们集中中在常见见的、容容易获得得的和提提供必要要特性(如高粘粘着性)的助焊焊剂上。所选择择

11、的助焊焊剂化学学成分由由F1-F4来来代表，粘度4445-7000和相似似活性特特征的免免洗与水水洗两种种。这些些试验在在有高氮氮环境的的对流炉炉中进行行(表一一)。表一、助焊剂物理特性的矩阵助焊剂描述粘着性 g/f粘度 泊F150300F242.5300F3144445F4125600等离子法/干焊00高温锡球附着63Sn/37Pb42.52230助焊焊剂参数数在回流流之前的的物理放放置和锡锡球的保保持上，以及在在焊锡回回流的动动力学中中都是特特别重要要的。另另外，最最初回流流前的锡锡球放置置精度是是保证适适当的焊焊锡湿润润和达到到最佳的的锡球自自我对中中所必要要的。图图一说明明当最初初回流

12、前前放置最最佳时工工艺控制制窗口增增大。选选择一个个将显示示提高锡锡球放置置精度，同时适适合所希希望的放放置方法法的粘性性范围是是重要的的。虽然然在多数数情况下下回流前前的放置置公差是是可接受受的，但但是注意意发生在在放置后后的锡球球精度。锡球的的自我对对中和湿湿润特性性必须达达到最大大，以保保证取得得一个元元件在可可接受条条件下。还有，保证外外观检查查和对中中不受影影响。各各种对中中测量可可归因于于粘度、粘着性性和/或或沉淀高高度的影影响。这这些参数数在图二二中比较较。 HYPERLINK /Images/reballing-bga1.jpg HYPERLINK /Images/reball

13、ing-bga1.jpg 图一、在评估助焊剂平均粘着性和模板放置方法时回流前评估期间，放置精度提高。 HYPERLINK /Images/reballing-bga2.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga2.jpg 图二、使用适度的粘度和粘着特性，回流后的精度提高。这些些参数可可能不是是唯一的的起作用用的影响响。助焊焊剂的沉沉淀厚度度可能成成为参数数相互作作用期间间的一个个因素。实际的的沉淀高高度也可可能增加加锡球从从助焊剂剂表面移移动到接接触焊盘盘的时间间，因此此减低放放置精度度的机会会。助焊焊剂的粘粘度与粘粘着性很很明显造造成回流流期间锡锡球“浮浮起”。这

14、个浮浮起增加加附着或或湿润时时间和锡锡球偶然然漂移的的可能性性，它减减少自我我对中特特性的物物理时间间3。锡球使用的的是有下下列金属属化合金金的预成成型锡球球：Snn63/37,90/10,60/40和和62/36/2Agg。选择择预成型型锡球的的主要参参数是球球形的公公差和一一致的质质量。第第二个问问题也可可能集中中在封装装、氧化化水平和和尺寸与与金属化化的可获获得性。锡球放置置方法锡球球放置是是使用下下列方法法进行的的：1、模模板方法法：对中中与随后后的锡球球放置是是使用开开孔直径径比锡球球的大00.0003-00.0006的的厚度为为0.0015-0.0035的模板板进行的的。每个元元件

15、的锡锡球分布布使用化化学腐蚀蚀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类类型，因因为零件件的物理理尺寸是是变化的的。将元元件准备备好，在在安装座座上用模模板印刷刷少量一一层助焊焊剂。将将模板对对准零件件，锡球球通过开开孔刷到到座上。该方法法提供准准确的锡锡球定位位，并容容易识别别无球的的座子。可是，它不是是底模(undder-molldedd)BGGA的最最佳方法法，它的的密封造造成离地地高度增增加。2、自动分分配方法法：在这这个方法法中，将将一台自自动密封封或分配配机器重重新编程程，来以以所希望望的元件件分布形形式放置置锡球，在安装装工艺发发生之前前施用助助焊剂，

16、帮助达达到更加加自动化化的流动动。虽然然这个工工艺昂贵贵，当有有很高的的精度与与可重复复性。另另一个优优点是该该方法不不要求模模板需要要的一大大摊工具具。如果果很大数数量的元元件需要要回收使使用，要要做的只只是简单单地装料料，剩下下的由分分配机去去处理。3、高纯度度铜辫法法：高纯纯度铜辫辫法使用用包在纸纸矩阵中中的633Sn/37PPb锡球球，这个个纸矩阵阵与要植植球的封封装相配配合。对对中数据据显示这这种放置置方法是是最精确确的。该该工艺涉涉及正常常的元件件准备工工作。首首先，植植球助焊焊剂轻轻轻刷在元元件焊盘盘上。然然后纸胚胚放在一一个方形形对中夹夹具上，整个系系统回流流，以达达到安装装的

17、目的的。在回回流之后后，纸矩矩阵在去去离子水水中溶解解，只留留下安装装好的锡锡球。可可能需要要少量的的清洁来来最后将将纸去掉掉，保证证清除助助焊剂。因为该该工艺不不使用免免洗助焊焊剂，认认真清洗洗是必要要的，以以防止腐腐蚀，也也是长期期可靠性性的考虑虑。决定定是否封封装已经经适当清清洁的最最好方法法是测试试离子的的污染，允许范范围是低低于每平平方英寸寸0.775微克克。4、干干焊法：已经开开发出一一种借助助等离子子的干焊焊工艺来来帮助工工艺改进进和对先先进技术术的回收收使用44。该工工艺使用用等离子子形成各各种有机机净化和和非反应应的自由由基。该该混合物物清除积积累在回回收的BBGA锡锡球放置

18、置座上的的氧化物物。结果果提高该该座表面面的可湿湿润性。结结果显示示，使用用干焊工工艺产生生附着力力量和回回流前后后的放置置精度，等于或或好于其其它安装装方法的的精度。这些结结果是由由于需要要对准夹夹具来在在整个回回流工艺艺中固定定锡球。等离子子系统减减少有机机污染，并允许许在助焊焊系统中中典型的的电蚀问问题的减减少5。无无助焊系系统的其其它优点点包括消消除在返返工之后后要求的的除湿工工艺。借借助等离离子的干干焊法可可能成为为首选的的方法，如果使使用的是是极为敏敏感的零零件。干干焊法的的优点也也可以通通过剪切切试验数数据来反反映。重重新处理理的元件件数据是是可比较较的，有有时好于于从新的的元件

19、得得到的数数据。排列列分布或或锡球的的X、YY坐标位位置的整整体对中中比前面面使用夹夹具的处处理方法法有所改改进。与与在扩大大的对中中孔中增增加厌锡锡桶有关关的焊锡锡释放的的改善，也会给给锡球的的安装带带来一个个极准确确的方法法。锡球安装装锡锡球安装装的一个个重要参参数是提提供一个个回流温温度曲线线，通过过将助焊焊剂活化化特性达达到最大大来得到到最高的的安装强强度，使使有害的的金属间间效应最最小。对对该工艺艺一个有有用的着着手资料料是锡球球与助焊焊剂制造造商的回回流指引引。本研研究使用用的是特特别提供供专门回回流工艺艺时间与与温度的的操作指指南。图图四显示示推荐用用于633Sn/37PPb和6

20、62Snn/366Pb/2Agg锡球的的温度曲曲线，在在液化以以上的最最大555秒钟时时间，最最高的峰峰值温度度为2115CC。所有有回流工工艺都在在一个氮氮气气氛氛中进行行，氧气气浓度范范围是330-1150pppm。注意这这个惰性性气氛帮帮助保证证只出现现最少量量的氧化化物污染染。 HYPERLINK HYPERLINK /Images/reballing-bga4.jpg 图四、用用于植球球的标准准温度曲曲线使用用者应该该找到一一种回流流曲线，使以下下的焊接接特性达达到最佳佳：陷落落、安装装强度、液化时时间、保保温时间间、升温温速率和和整体空空洞控制制。试验结果果在新新元件的的可靠性性与

21、那些些使用重重新植球球系统的的元件之之间提供供一个表表示特征征的方法法是重要要的。结结果，需需要对焊焊锡的互互连或金金属间化化合层进进行一个个彻底的的分析。进行行锡球剪剪切强度度试验，在机械械的基础础上评估估焊点。当使用用剪切方方法来试试验BGGA或CCSP上上的锡球球时，最最终结果果应该表表明焊锡锡湿润和和附着在在整个电电路板焊焊盘上。造成焊焊锡任何何的剪切切应该显显示失效效是在焊焊锡块中中(接触触表面粘粘结破坏坏cohhesiive faiilurre)，而不是是焊盘或或两者之之间的界界面(粘粘合失效效adhhesiive faiilurre)。理想地地，应该该留下一一些悍锡锡，覆盖盖在整

22、个个焊盘表表面。如如果失效效发生在在金属间间和焊盘盘界面，那么要要作进一一步的研研究。图图五和六六显示失失效发生生在焊锡锡内(ccoheesivve ffailluree)，试试验是在在3522 PBBGA元元件上进进行的锡锡球剪切切试验，它支持持预想的的结果。 HYPERLINK /Images/reballing-bga5.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga5.jpg 图五、内部粘结失效，留下大约0.035的合金高度 HYPERLINK /Images/reballing-bga6.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga6

23、.jpg 图六、留下完整基板焊盘的图例622Sn锡锡球对封封装基板板的剪切切强度试试验显示示，当使使用模板板法结合合水洗重重植球助助焊剂时时强度是是最高的的。当不不使用助助焊剂时时剪切试试验是最最低的。最令人人惊奇的的结果是是在使用用各种放放置方法法、各种种助焊剂剂化学成成分和物物理特性性将633Sn/37PPb共晶晶锡球安安装到封封装基板板时得到到的。这这些试验验都是以以新的、未接触触的元件件为基线线的。剪切切强度结结果一般般与低粘粘性的助助焊剂时时较低。报告的的值是从从每种助助焊剂或或放置参参数的775个剪剪切座中中建立的的。图七七所示的的分布建建立了从从回流的的63SSN锡球球所获得得的

24、数据据结论。剪切强强度表明明，强化化的专门门工艺使使用的助助焊剂和和预先决决定的工工艺控制制可以在在重植球球的元件件上改善善剪切强强度，甚甚至用与与原始的的元件。 HYPERLINK t _blank HYPERLINK /Images/reballing-bga7.jpg 图七、剪剪切试验验的统计计分布当与与对新元元件的剪剪切强度度比较时时，二次次回流和和增加铅铅含量或或金属间间化合物物层(IIMC, innterrmettalllic commpouund)的厚度度可能不不象一般般所想象象的那么么坏。金金属间化化合物层层可能对对锡球小小得多的的直接芯芯片应用用有不止止一种影影响，IIMC会

25、会占焊点点厚度的的较大比比例。可靠性试试验可以以用几个个试验来来评估与与新条件件零件有有关的基基线，包包括温度度试验(-4001225CC)和剪剪切强度度试验。可靠性试试验参数数、规格格温度从-401255C以以每天448周期期循环 TD = 155 miin, Tee = 1655C TDD等于预预期的平平均驻留留时间，这个是是重要的的，因为为它决定定互连中中的应力力释放。这个应应力释放放造成焊焊接点中中的释放放，决定定与在焊焊点应力力释放的的最大疲疲劳损坏坏有关的的循环疲疲劳损坏坏数量。电路板FR-44多层树树脂玻璃璃板 玻璃态转转换温度度为1880-2215C 在“平面面方向内内的”CC

26、TE不不匹配，S = 116.225pppm/C 阻焊层高高度 = 0.0255mm 和当覆覆盖迹线线时的00.0668mmm HASLL大约00.0117mmm厚度的的锡/铅铅涂层 温度度循环试试验是在在3,5521次次有800%的封封装失效效时终止止。最初初的失效效是在11,2558次时时。结论这里里考查了了四种重重整回收收BGAA锡球的的方法。结果显显示，如如果植球球方法使使用认真真的元件件座准备备、适当当的助焊焊剂、和和适当的的锡球选选择，那那么与其其原始条条件的元元件比较较，在返返工封装装的可靠靠性或性性能方面面没有观观察到差差别。证明明最重要要的参数数是助焊焊剂参数数。如果果得到及及其差劣劣的品质质，那么么焊锡合合金可能能是一个个问题；可是，影响该该工艺性性能的外外观缺陷陷可能性性是次要要的。在在锡球选选择期间间必须处处理的主主要问题题包括体体积与对对称性公公差。放放置方法法对元件件品质的的影响很很小，如如果选择择合适的的助焊剂剂，并且且准确率率可以接接受。本研研究也表表明，模模板方法法是一个个当使用用适当的的助焊剂剂