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如何分析电路板BGA封装元器件焊接不良一种简单方法

  电路板上普通的元器件焊接不良分析的办法很多,但对于BGA封装的元器件来讲,就不是很容易,由于BAG元器件的焊点在元器件的下方,要简单直观的发现焊接不良是很困难的,通常是对其进行破坏之后再来做出判断,由于物理操作过猛,破坏之后的焊点无法分析出是焊接不良还是物理破坏所致,造成证据不足。

  一:本文介绍一种电路板BGA封装焊接不良的一种简单办法,以方便电路板焊接工程师准确的找到焊接不良的原因,以作为后续改善的证据。

  图1.电路板BGA封装器件扭曲变形试验

  此为斜对电路板BGA器件反方向单点施压,所谓三点弯曲变形破坏性试验的示意图;另外四点弯折试验,系指对角线两点下压,另外对角线两点支撑之扭曲变形试验。

  如果能在各种破坏试验之前,先对电路板上BGA器件进行染色处理,亦即采用红色染料的分析办法,使渗入裂口微缝的细部焊点不良的地方,再去将BGA器件和电路板强行分开,那么BGA焊点究竟是当初焊接不良还是强行剥离导致的就可以清清楚楚了,而不会误判。

  许多BGA封装的器件腿脚很多,阵列甚至达到6-8排。焊接到电路板上时,外围的焊点还可以用斜视目测来分析判断,但是对于里面的焊点来讲就只能依赖X-RAY来透视的模糊影像来分析判断。如果在破坏BGA电路板之前,用染色染料对电路板BAG里面的焊点进行染色,再将BGA元器件和电路板分离,这时焊接不良的原因就在眼前,这种直观清晰的办法不是X光模糊影像能比拟的。

  二、如何将染料浸润到电路板BGA元器件里面焊点

  这种Dry-n-Pry〈染色及侦察)染色法的一大优点,就是不用昂贵复杂的机器。该种特殊染剂的基本条件,就是可加溶剂而调薄其黏度,如此对于某些电路板BGA里面的球状焊点的细微缝隙顺利的侵入。另一种这种软料还有个特点就是''快干易干'',必要时还可升温加速干燥,以方便后续的观察与分析。作业方法可採吸管引取少许染料,再针对于待检的BGA座落处,使染料小心散入目标区域,必要时还可一再变动板面角度,以协助染料的潜入与分散。最好是再将待检板放入眞空箱内,在抽眞空的协助下让染料顺利进入銲点的裂缝,此法还可加速溶剂的逸走与染料的乾燥。

  经过上述的染料处理及干燥后,即可将电路板焊接不良的BGA或CSP元器件经由外力的强制下,强行与电路板撕裂分离。于是即可在各焊点开裂处直接观察,全新光泽的断面当然就不是先前的故障,已遭染色的裂口或断面,肯定即为原有的焊接不良的位置。

  图2、在剪头处施加软料让他渗入BGA元器件里面的焊点里

  此为板面密集贴装多枚小型BGA或CSP之外观;可从封装体的外缘(即箭头所指处),施加染料(即箭头旁之红点),并令其逐渐渗入BGA或CSP元器件之腹底各处,先行对焊接不良的位置着色。

  至于拆除电路板BGA元器件的方法也很多,例如可用扁头起子用力撬开,或不断左右旋动以方便其分离与顶开。对于薄板而言,亦可小心反方向弄弯其板面以扯裂其焊点;但对板面太小或太厚者在不易弯曲下,则只好先行除掉BGA上层的胶盖以削减其强度。此时可利用扁平宽口的抹刀,用力插入或挤入胶盖与电路板的介面,一旦胶盖得以撬开后,所剩下的载板部份,自然就较容易用尖嘴钳从PCB上将之小心移除了。

  三、电路板BGA封装焊接不良举例

  现利用几个实例,来说明上述染色式故障侦测法的应用,下图3是针对某电路板BGA封装焊接不良分析,画面所见为某电路板BGA元器件之众多球脚焊点,在电路板和BGA元器件分离后显示的截面。非常清晰的看到焊点在器件与电路板分离之前就已经出现焊接不良出现焊盘发黑的现象。这种由于染料先行潜入而不让证据消失的做法,虽然简单但效果很好!没有染料痕迹的当然就是焊接良好的焊点。在染料的事先布局下,只要顺利撬开组装板上的BGA,其腹底众多焊点的好坏,自然也就泾渭分明无所遁形了。

  第2个案例是某电路板上的CBGA元器件经过温度循环的老化考验后,其组装板面球脚焊点经常发生的“疲劳龟裂”,就是先行染色而直观分析的典型范例。其余闪亮满圆的垫面,外围又被红色所环绕者,当然就是焊接良好的焊点了。

  图3、电路板BGA元器件焊接不良出现的焊盘表面发黑

  图4、电路板CBGA元器件焊接不良出现的焊盘表面出现疲劳的裂口。

  下图5则是在染料事先协助下所发现的虚焊,此大型BGA安装于PCB之前,当然要先在板面各球垫上印以锡膏,随后再让BGA各球脚对号入座,并进行后续的热风熔焊。可能是由于回流焊的温度曲线不合理或者与实际炉温不一致,致使电路板BGA下方的焊盘恒温吸热段时间拖得太久,以致锡膏中的助焊剂出现乾燥甚至挥发,不但未能在BGA的球型焊脚与电路板焊盘进行焊接时起到助焊作用,反而成了焊接的障碍。此种虚焊假焊只要先经染料的从旁浸入揭发,再受到外力的考验,当然也就水落石出昭然在目了。

  图5、回流焊预热段太长导致锡膏助焊剂失效出现电路板焊接虚焊假焊

  由于熔焊加热段太长,致使锡膏中的助焊剂发生乾燥而形成虚焊,一经板面的反方向弯折时,则各虚焊处均应声分裂。

  图6、电路板焊盘与元器件分裂后清晰看到焊接不良地方

  此为三点或四点弄弯板面时所发生焊点分裂的另一画面,所指的三点红色处,即为原已故障之裂口。

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