某公司回收bga的重新植球

1、 回收BGAA的重新新植球 By Wiilliiam J. Cassey本文介介绍，回回收象BBGA这这样越来来越贵重重的元件件的一个个试验结结果。BGAA元件正正迅速成成为密间间距和超超密间距距技术所所选择的的封装。在在提供一一个可靠靠的装配配工艺的的同时达达到高密密度的互互连，使使得在工工业范围围内越来来越多地地采用这这种形式式的元件件。可是是，这些些元件的的大量出出现与其其不断增增加的成成本正在在推动装装配与返返工工艺艺期间对对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元件件只是从从印刷电电路装配配上取下下，然后后扔掉。不不幸的是是这样做做是有成成本代价价的

2、，特特别是现现在的高高端陶瓷瓷BGAA(CBBGA)和大型型、高输输入/输输出塑料料BGAA(PBBGA)。当要求求返工时时，通过过回收BBGA来来挽救装装配和降降低成本本是重要要的。这这样可以以避免由由于零件件短缺而而造成的的停产与与利润损损失。要要做到这这一点，就就必须理理解在维维持装配配及其有有关元件件的原有有条件可可靠性与与操作效效率的翻翻修工艺艺中的机机制。最近我我们对BBGA的的再植球球(reeballlinng)工工艺进行行了深入入研究，试试验了四四种不同同的再植植球方法法1。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：较较厚的、孔孔

3、尺寸较较大的模模板用来来将预成成型的锡锡球放置置在元件件上的焊焊盘位置置。然后后锡球被被扫进预预上助焊焊剂或已已印刷锡锡膏的放放置位置置。 自动分配法法：用机机械设备备一个一一个地将将锡球预预成型放放到上助助焊剂或或锡膏的的BGAA元件焊焊盘上。 高纯度铜辫辫法：高高纯度铜铜辫预成成型用来来将锡球球放到已已印刷助助焊剂的的焊盘上上。 干燥焊接法法：一种种专门的的干燥焊焊接工艺艺和一种种合成回回流/对对中工具具一起使使用。 试验在试验验矩阵中中包含了了下列参参数：助助焊剂粘粘度、助助焊剂化化学成分分、助焊焊剂粘着着性、锡锡球合金金、和各各种锡球球附着工工艺。利利用一个个满足分分析试验验需求的的基

4、板或或元件，提提供一致致的参数数和在整整个分析析过程中中维持一一个通用用的试验验平台，这这在试验验设计中中是很重重要的。这个项项目需要要的元件件是作为为工厂菊菊花链元元件采购购的。试试验也通通过提供供在零件件的正常常返工过过程(包包括回流流/取下下)期间间所获得得的实时时数据来来增强。基基线的建建立是使使用直接接来自工工厂菊花花链部分分的元件件，并且且没有暴暴露到任任何类型型的制造造环境。选择了了一个3352 PBGGA菊花花链封装装，它含含有一个个35mmm的树树脂覆盖盖的模块块和1.27mmm间距距的0.03锡球(63SSn/337Pbb)。所所有BGGA封装装的锡球球座都由由铜焊盘盘构成

5、，有有1000m的的镍隔板板和在镍镍隔板上上电镀33-8m的金金。所有有元件从从试验装装配上取取下，经经过一次次回流。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。所所有板都都有0.0300无焊焊锡覆盖盖界定的的焊盘(NSMMD, nonn-sooldeer mmaskk deefinned padds)，串串行链接接以增加加电气试试验的容容易。这个通通用平台台允许试试验集中中在有影影响的参参数上，而而不是在在元件变变量本身身。使用用HASSL表面面涂层的的主要目目的是提提供从PPCB基基板到焊焊接柱的的尽可能能最高强强度的连连接，同同时维持持一

6、致的的试验参参数。焊锡印印数是使使用0.0300开孔孔的0.0066厚度度的不锈锈钢片。这这个方法法形成一一个可行行的焊锡锡连接，而而不产生生诸如短短路这样样的异常常的制造造缺陷。这这个方法法也希望望揭示，从从锡球到到元件基基板的焊焊锡内连连或金属属间的附附着比失失效板的的附着机机制要强强得多。测量标准选择择剪切试试验和环环境应力力试验来来积累测测量与试试验数据据。剪切切试验提提供在各各种工艺艺与涉及及的材料料和足够够精度之之间的有有用比较较。剪切切试验的的最大好好处是帮帮助确认认各种湿湿润问题题，比如如粘附强强度、过过多金属属间化合合物的形形成、锡锡球的污污染、和和元件的的安装座座。环境境试

7、验是是评估和和逐步增增强元件件失效机机制、获获得统计计数据和和进行基基线分析析的一个个有效工工具。这些基基线帮助助确定和和随后减减少上述述技术常常见的各各种随机机引发错错误。虽虽然安装装的不同同方法是是统计上上分析和和证实的的，但是是寿命期期望的差差异、使使用的容容易性、成成本效益益、和科科学分析析最终决决定BGGA回收收的锡球球安装的的最佳方方法。元件的取下下元件的的取下和和随后PPCB与与封装表表面的准准备是一一个成功功工艺的的最重要要部分。为为了提供供一个可可靠的互互连座，座座的准备备必须认认真进行行，诸如如焊盘的的损坏、共共面性、污污染、潮潮湿敏感感性和元元件的处处理等参参数必须须严格

8、控控制。由于回回流与取取下工艺艺的关键键性，适适当的回回流曲线线必须用用于维持持在元件件取下期期间的封封装的完完整性。锡锡膏和元元件制造造商提供供有帮助助的专用用温度曲曲线。元元件应该该用一个个热板温温度曲线线来取下下，形成成的峰值值温度在在元件制制造商的的限制之之内。自自动设备备戏剧性性地减少少在建立立的温度度曲线中中的可变变性，在在某种程程度上保保证取下下的力量量在推荐荐的界限限之内。原来封封装的取取下将造造成在PPCA上上从锡球球和印刷刷的焊锡锡块的焊焊锡释放放，因此此，必须须认真完完成，以以提供一一个平面面的无污污染的安安装座。这这个步骤骤对于获获得一个个可靠的的装配是是极其重重要的。

9、最最常用的的方法是是使用高高纯度的的铜辫。对对这个方方法的观观点是不不同的，能能否提供供损伤控控制或在在吸锡印印刷电路路装配或或元件基基板时防防止损坏坏。该工工艺可能能造成的的损坏经经常直接接与操作作员的熟熟练程度度有关。取下的的另一个个常用方方法是使使用一个个非接触触式清除除系统，它它利用加加热的惰惰性气体体，通常常是氮气气，和一一个真空空设备来来将焊锡锡从焊盘盘上清除除，而不不物理接接触基板板。虽然然这些方方法通过过控制温温度和对对安装座座的接触触损坏来来提供一一个很好好的取下下方法，但但是，成成本高，因因此业界界不常使使用。在基板板的取下下和清除除完成之之后，必必须进行行全面的的外观检检

10、查。对对0.003安安装座的的检查放放大倍数数不应该该小于33倍。对对于小于于常用的的0.003直直径的安安装座，放放大倍数数至少应应该是110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、损损坏或翘翘起的电电路板焊焊盘和元元件焊盘盘的损坏坏。在使使用高纯纯度铜辫辫2等接触触式清除除方法处处理时，焊焊盘损伤伤是常见见的问题题。阻焊焊的受损损、减少少、或物物理损坏坏可能造造成许多多焊接的的问题。关键的材料料参数助焊焊剂是一一个成功功的BGGA植球球工艺的的最重要要材料参参数。在在本研究究中我们们集中在在常见的的、容易易获得的的和提供供必要特

11、特性(如如高粘着着性)的的助焊剂剂上。所所选择的的助焊剂剂化学成成分由FF1-FF4来代代表，粘粘度4445-7700和和相似活活性特征征的免洗洗与水洗洗两种。这这些试验验在有高高氮环境境的对流流炉中进进行(表表一)。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助焊剂剂参数在在回流之之前的物物理放置置和锡球球的保持持上，以以及在焊焊锡回流流的动力力学中都都是特别别重要的的。另外外，最初初回流前前的锡球球放置精精度是保保证适当当的焊锡锡湿润和和达到最最佳的

12、锡锡球自我我对中所所必要的的。图一一说明当当最初回回流前放放置最佳佳时工艺艺控制窗窗口增大大。选择择一个将将显示提提高锡球球放置精精度，同同时适合合所希望望的放置置方法的的粘性范范围是重重要的。虽然在在多数情情况下回回流前的的放置公公差是可可接受的的，但是是注意发发生在放放置后的的锡球精精度。锡锡球的自自我对中中和湿润润特性必必须达到到最大，以以保证取取得一个个元件在在可接受受条件下下。还有有，保证证外观检检查和对对中不受受影响。各各种对中中测量可可归因于于粘度、粘粘着性和和/或沉沉淀高度度的影响响。这些些参数在在图二中中比较。 HYPERLINK /Images/reballing-bga1

13、.jpg HYPERLINK /Images/reballing-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。这些参参数可能能不是唯唯一的起起作用的的影响。助助焊剂的的沉淀厚厚度可能能成为参参数相互互作用期期间的一一个因素素。实际际的沉淀淀高度也也可能增增加锡球球从助焊焊剂表面面移动到到接触焊焊盘的时时间，因因此减低低放置精精度的机机会。助助焊剂的的

14、粘度与与粘着性性很明显显造成回回流期间间锡球“浮浮起”。这这个浮起起增加附附着或湿湿润时间间和锡球球偶然漂漂移的可可能性，它它减少自自我对中中特性的的物理时时间3。锡球使使用的是是有下列列金属化化合金的的预成型型锡球：Sn663/337,990/110,660/440和662/336/22Ag。选选择预成成型锡球球的主要要参数是是球形的的公差和和一致的的质量。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。锡球放置方方法锡球放放置是使使用下列列方法进进行的：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00.0003-00.000

15、6的的厚度为为0.0015-0.0035的模板板进行的的。每个元元件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。该该方法提提供准确确的锡球球定位，并并容易识识别无球球的座子子。可是是，它不不是底模模(unnderr-mooldeed)BBGA的的最佳方方法，它它的密封封造成离离地高度度增加。2、自动分配方法：在这个方法中，将一台自动密封或分配机器重新编程，来以所希望的元件分布形式放

16、置锡球，在安装工艺发生之前施用助焊剂，帮助达到更加自动化的流动。虽然这个工艺昂贵，当有很高的精度与可重复性。另一个优点是该方法不要求模板需要的一大摊工具。如果很大数量的元件需要回收使用，要做的只是简单地装料，剩下的由分配机去处理。3、高纯度铜辫法：高纯度铜辫法使用包在纸矩阵中的63Sn/37Pb锡球，这个纸矩阵与要植球的封装相配合。对中数据显示这种放置方法是最精确的。该工艺涉及正常的元件准备工作。首先，植球助焊剂轻轻刷在元件焊盘上。然后纸胚放在一个方形对中夹具上，整个系统回流，以达到安装的目的。在回流之后，纸矩阵在去离子水中溶解，只留下安装好的锡球。可能需要少量的清洁来最后将纸去掉，保证清除助

17、焊剂。因为该工艺不使用免洗助焊剂，认真清洗是必要的，以防止腐蚀，也是长期可靠性的考虑。决定是否封装已经适当清洁的最好方法是测试离子的污染，允许范围是低于每平方英寸0.75微克。4、干焊法：已经开发出一种借助等离子的干焊工艺来帮助工艺改进和对先进技术的回收使用4。该工艺使用等离子形成各种有机净化和非反应的自由基。该混合物清除积累在回收的BGA锡球放置座上的氧化物。结果提高该座表面的可湿润性。结果显示，使用干焊工艺产生附着力量和回流前后的放置精度，等于或好于其它安装方法的精度。这些结果是由于需要对准夹具来在整个回流工艺中固定锡球。等离子系统减少有机污染，并允许在助焊系统中典型的电蚀问题的减少5。无

18、助焊系统的其它优点包括消除在返工之后要求的除湿工艺。借助等离子的干焊法可能成为首选的方法，如果使用的是极为敏感的零件。干焊法的优点也可以通过剪切试验数据来反映。重新处理的元件数据是可比较的，有时好于从新的元件得到的数据。排列分布或锡球的X、Y坐标位置的整体对中比前面使用夹具的处理方法有所改进。与在扩大的对中孔中增加厌锡桶有关的焊锡释放的改善，也会给锡球的安装带来一个极准确的方法。锡球安装锡球球安装的的一个重重要参数数是提供供一个回回流温度度曲线，通通过将助助焊剂活活化特性性达到最最大来得得到最高高的安装装强度，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

19、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662Snn/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。注注意这个个惰性气气氛帮助助保证只只出现最最少量的的氧化物物污染。 HYPERLINK HYPERLINK /Images/reballing-bga4.jpg 图四、用于于植球的的标准温温度曲线线使用者者应该找找到一种种回流曲曲线

20、，使使以下的的焊接特特性达到到最佳：陷落、安安装强度度、液化化时间、保保温时间间、升温温速率和和整体空空洞控制制。试验结果在新元元件的可可靠性与与那些使使用重新新植球系系统的元元件之间间提供一一个表示示特征的的方法是是重要的的。结果果，需要要对焊锡锡的互连连或金属属间化合合层进行行一个彻彻底的分分析。进行锡锡球剪切切强度试试验，在在机械的的基础上上评估焊焊点。当当使用剪剪切方法法来试验验BGAA或CSSP上的的锡球时时，最终终结果应应该表明明焊锡湿湿润和附附着在整整个电路路板焊盘盘上。造造成焊锡锡任何的的剪切应应该显示示失效是是在焊锡锡块中(接触表表面粘结结破坏ccoheesivve ffai

21、lluree)，而而不是焊焊盘或两两者之间间的界面面(粘合合失效aadheesivve ffailluree)。理理想地，应应该留下下一些悍悍锡，覆覆盖在整整个焊盘盘表面。如如果失效效发生在在金属间间和焊盘盘界面，那那么要作作进一步步的研究究。图五五和六显显示失效效发生在在焊锡内内(coohessivee faailuure)，试验验是在3352 PBGGA元件件上进行行的锡球球剪切试试验，它它支持预预想的结结果。 HYPERLINK /Images/reballing-bga5.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga5.jpg 图五、内部粘结失效，留下大约0.

22、035的合金高度 HYPERLINK /Images/reballing-bga6.jpg HYPERLINK /Images/reballing-bga6.jpg 图六、留下完整基板焊盘的图例62SSn锡球球对封装装基板的的剪切强强度试验验显示，当当使用模模板法结结合水洗洗重植球球助焊剂剂时强度度是最高高的。当当不使用用助焊剂剂时剪切切试验是是最低的的。最令令人惊奇奇的结果果是在使使用各种种放置方方法、各各种助焊焊剂化学学成分和和物理特特性将663Snn/377Pb共共晶锡球球安装到到封装基基板时得得到的。这这些试验验都是以以新的、未未接触的的元件为为基线的的。剪切强强度结果果一般与与低粘性

23、性的助焊焊剂时较较低。报报告的值值是从每每种助焊焊剂或放放置参数数的755个剪切切座中建建立的。图图七所示示的分布布建立了了从回流流的633SN锡锡球所获获得的数数据结论论。剪切切强度表表明，强强化的专专门工艺艺使用的的助焊剂剂和预先先决定的的工艺控控制可以以在重植植球的元元件上改改善剪切切强度，甚甚至用与与原始的的元件。 HYPERLINK t _blank HYPERLINK /Images/reballing-bga7.jpg 图七、剪切切试验的的统计分分布当与对对新元件件的剪切切强度比比较时，二二次回流流和增加加铅含量量或金属属间化合合物层(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会会占焊点点厚度的的较大比比例。可靠性试验验可以用用几个试试验来评评估与新新条件零零件有关关的基线线，包括括温度试试验(-401255C)和剪切切强度试试验。可靠性试验验参数、规规格温度从-4401125C以每每天488周期循循环 TD = 15 minn, Te = 1165C TD等等于预期期的平均均驻留时时间，这这个是重重要的，因因为它决决定互连连中的应应力释放放。这个个应力释释放造成成焊接点点中的释释放，决决定与在在焊点应应力

25、释放放的最大大疲劳损损坏有关关的循环环疲劳损损坏数量量。电路板FR-4多多层树脂脂玻璃板板 玻璃态转换换温度为为1800-2115CC 在“平面方方向内的的”CTTE不匹匹配，S = 166.255ppmm/CC 阻焊层高度度 = 0.0025mmm 和和当覆盖盖迹线时时的0.0688mm HASL大大约0.0177mm厚厚度的锡锡/铅涂涂层 温度循循环试验验是在33,5221次有有80%的封装装失效时时终止。最最初的失失效是在在1,2258次次时。结论这里考考查了四四种重整整回收BBGA锡锡球的方方法。结结果显示示，如果果植球方方法使用用认真的的元件座座准备、适适当的助助焊剂、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。证明最最重要的的参数是是助焊剂剂参数。如如果得到到及其差差劣的品品质，那那么焊锡锡合金可可能是一一个问题题；可是是，影响响该工艺艺性能的的外观缺缺陷可能能性是次次要的。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。本研究究也表明明，模板板方法是是一个当当使用适适当的助助焊剂时时提供可可靠连接接的有效效方法。虽虽然剪切切强度和和寿命分分布