本文介绍，持续的、成本高效的CSP返工要求适当的训练和设备，以及返修工艺的认真控制。

　　不管经济减慢与否，在电子制造中的一些事情是不会变的。产品变得越来越小，对便携式设备的明显的市场需求只会进一步地减小尺寸。相反，阵列包装继续获得流行，特别是CSP(chip-scale package)与LGA(land grid array)。

　　这些先进封装提供低轮廓和小占地面积(footprint) - 使得它们对于今天的大多数流行产品如手机、个人数字助理(PDA, personal digital assistant)、寻呼机和数字相机等非常理想。例如这些元件比倒装芯片好的一个优势是，它们可以使用现在的设备容易地制造。

　　CSP封装似乎提供速度、密度与可制造性的最佳组合。特别是，使得CSP有如此吸引力和经济性的是这种封装可以用标准的表面贴装工艺和设备进行贴装。比倒装芯片好的地方还有，CSP不要求底部充胶来补偿温度膨胀系数(CTE, coeffient of thermal expansion)的内在不匹配。

考虑返工
　　另一个不变的事实是：尽管尽最大的努力来开发一次性成功制造，返工与修理仍然是必要的，并且是装配工艺中的劳动密集型部分。具有讽刺意味的是，费用低廉的返工与修理变得越来越重要。在任何给定的装配上，随着焊点数量的增加，缺陷机会也在增加。

　　传统智慧认为，返工本质上是非价值增值/无利可图的工作。值得感激的是，这个末代“智慧”开始改变。开明的管理知道，返工与修理PCB的能力对于整体的可获利性可能是一个重要的因素，特别是当价格正在下滑，利润率接近最低边缘的时候。维持获利能力经常依靠有效的返工先进装配和将潜在的报废转变成可销售产品的能力。

　　现在我们清楚，返工CSP的能力给了这个技术超过其它封装的一个优势，特别是倒装芯片，它要求底部充胶并且不能返工。

　　在许多方面，返工CSP与返工其它表面贴装元件是同一种工艺：找到有故障的元件、去掉焊接、清洁区域、然后更换和再焊接。就这样完事。但是，麻烦的事情在于它的细节 - 事实上，返工CSP比最初看上去更加复杂。

跟随步骤
　　取下和更换CSP的基本步骤包括：

• 建立温度曲线

• 取下失效的元件

• 清洁和整理焊盘座

• 更换元件

• 回流

• 检查

　　对于那些有可见引脚的传统表面贴装元件，第一个决定涉及加热的选择 - 或者接触导热式(烙铁)或者对流式。对于阵列封装配，那就别无选择了。假设你接触不到焊点，接触导热式是不能选的；那么可选的只有对流或红外(IR)加热。另外，对流使得在高密度PCB上返工敏感元件必须作更好的工艺控制。

　　成功取下元件的关键是以一个理想的温度稳定均匀地加热CSP - 这样元件将被回流，但是基板不会被损坏。另外，因为在元件与PCB之间的焊锡连接是在狭窄的迹线之内，更换CSP要求在返工工作站上很高的精度和有一个光学定位能力。

　　对焊接温度曲线的要求一般是可以理解的；它们通常决定于正在使用的材料(锡膏或助焊剂)，以下是典型的温度要求：

　　在加热PCB装配两面的任何回流焊接系统上，所要求的焊接点温度是施加于顶面与底面上热量的函数。以各种加热设定到达相同的焊接点温度是可能的，但是不正确的组合可能导致低效，有些情况可能是灾难性的结果 - 包括由于在顶面上过多加热所至的翘曲。事实上，不起眼的变形都可能导致诸如焊接不到和焊接短路的缺陷。

　　例如，一个标准的BGA(ball grid array)元件的离板高度大约是0.5mm(0.020")，在元件上提高甚至0.1mm(0.005")都足以造成一个开路。即使板/元件幸免产生明显的缺陷，这个焊接点也将随着板回到其正常形状时而经常处在应力之下，导致长期的可靠性问题。

　　消除翘曲一般涉及改进温度设定，特别是在板底面与顶面之间的预热温度形成更好的平衡。

对流系统
　　对流系统的两种基本类型是使用高气流和使用低气流。一般，低气流系统是更好的选择，因为从紧密组装的板上取下CSP要求小心，临近的元件不能回流和移出对中位置 - 用高气流的系统是很可能的。根据经验，低于15 l/min的气流是不会扰乱附近元件的。

　　元件的取下一般是使用一个直接的真空吸取来完成的。同样，在这个似乎简单的工艺中必须小心，因为过高的真空压力将造成焊锡崩溃并粘着在PCB上，使得清洁困难和较慢。

清洁焊盘座
　　一旦元件被取下和焊盘的完整性已经检查，焊盘必须整理，以便新的元件可以重新安装。

　　许多装配商宁肯使用吸锡带(braid)这样的去残留焊锡的传统方法。使用吸锡带使技术员达到平整的焊盘，这是对重新安装施用锡膏时所喜欢的。当使用正确时，使用适当的吸锡带，焊锡清除工作可以很好地完成。

　　例如，如果宁可使用圆丘形焊盘，当只施用助焊剂，那么一个波浪型焊接嘴最适合焊盘座的清理。当然，该工艺只能在焊盘几何形状统一时才可使用；否则焊接点的高度将不同。适用的时候，这个方法是一个可靠的、危害性小的去残留焊锡方法。

　　无论在哪一种情况，去焊锡的工艺都是极其关键的。它需要操作员正确使用焊接工具、吸锡带和/或波浪形焊接嘴的技术。为了帮助防止温度损坏和通过消除加热参数的经常设定与再设定来加速清理过程，许多返工设施正从“传统的”焊接烙铁上离开，喜欢那些精确和自动控制烙铁嘴温度的先进工具。

材料沉积 - 一种新方法
　　当使用阵列封装时，重新安装可以使用或者助焊剂(沾移法)或者锡膏。元件类型和/或锡球成分将决定是使用锡膏还是使用助焊剂。无论在哪一个情况，技术员必须注意材料的沉积。焊锡或助焊剂沉积的精度有多高将直接影响合格率。例如，对于一个传统的表面贴装元件，返工中的一个缺陷可以容易地通过修饰来更正。可是，对于阵列包装，只要有一个失效的焊接点就要重新开始整个返工工艺。

　　例如，使用锡膏时，模板(stencil)还在用来将锡膏印刷到PCB上面，虽然非常困难并且大大降低效率。这个传统的锡膏沉积方法产生问题，因为模板的平整度和位置非常麻烦，并且由于靠近临近元件有接近的问题。

　　尽管如此，一种使用平板来直接印刷在CSP或LBA(或任何阵列元件)的较新方法正得到越来越广泛的使用，部分原因是该工艺容易掌握，并且得到更好、更持续的结果。

　　直接印刷到元件上是一个相对容易的工艺。一块专门设计的平板用来将锡膏印刷到元件上，与原来在一台在线的丝印机上所做的一样尺寸和形状。其目的是要放置与在原始制造工艺中通过在线印刷机所印刷的大致相同量的锡膏。

　　直接沉积工艺涉及在元件被贴装头拾取之前将锡膏印刷在元件上。设计了施用适当锡膏量的最佳开孔几何形状。

　　该工艺是直截了当的，结果优越于印刷在PCB上。当使用LGA时，元件身材轮廓用来将元件定位于模板。直接印刷在元件上对于在同一个元件上有不同焊盘尺寸的LGA是特别有用的，因为技术员可以在元件底面统一的高度上印刷不同数量的锡膏。注意，在这些元件上，助焊剂和刮拖焊锡的焊盘清洁方法不能使用。

　　平板印刷是比在PCB上的模板印刷较容易的一个工艺 - 它也更快并且增加效率。

更换元件
　　一个有经验的技术员可以一定的成功率用肉眼进行元件贴装，但是这个技术不推荐使用。而，一种分离光学(split-optics)视觉系统是对于这些有关更高工艺合格率问题的一个标准。元件对中、使用真空拾取管贴装、使用热风或气体回流。这里，一个预先编程、精确决定的温度曲线的使用是极其关键的。设计用来取下元件的温度曲线再次使用，以便新的元件在重新安装期间不受损坏。可是，调节温度曲线可能是有必要的，它决定于使用的助焊剂或锡膏类型。

检查
　　对于引脚型元件，使用一个低放大检查系统来检查焊点好坏和有无短路是一件简单扼要的事情。对于CSP和其它阵列封装，检查锡球的完整性(尺寸、位置、锡球几何形状等)要求或者X射线系统和/或光学检查系统来检查元件下面。

　　X射线检查可以突出某些缺陷，如空洞、短路、和未焊接的点；可是，同等严重的问题如元件或焊点破裂和部分焊接点不容易发现。使用内窥镜型系统的光学检查可能是对X射线的有用的补充，允许操作员从元件面检查焊接点。

　　一个忠告：在典型的BGA或CSP之下，隐藏大量焊接点，100%检查可能是不切实际的或者成本太高。可是，这两种方法是良好工艺设计的基本工具。

结论
　　CSP、LGA和其它阵列封装为今天的高速装配提供无数的优势。返工这些元件可能不要求新的工艺，但是它要求将现有的工艺调整到隐藏的焊锡点和温度敏感元件这个现实。

　　在一些情况中，标准方法、低技术焊接工具、模板和在PCB上印刷可能不是最好的选择，并且事实上可能减慢返工速度和增加成本，它反过来可能恶劣地影响整体的利润率。

　　Paul Wood is the sales development manager, BGA/CSP Rework, Metcal Inc., Menlo Park, CA; e-mail:pwood@metcal.com.   

(A 06/18/2001)