本帖最后由 芯航线跑堂 于 2016-12-19 14:02 编辑

BGA焊接调试记录       今天，来开帖子讲讲芯航线FPGA开发板的焊接调试过程。芯航线FPGA开发板上包含了0603封装的电阻电容、扁平封装的SDRAM、SRAM存储器、BGA封装的FPGA芯片以及大量的通孔接插件，焊接起来，综合性还是较强的。尤其是BGA封装的FPGA焊接，更是有一定难度。因此对焊接调试样机提出了较高的要求。       调试样板，和批量焊接不一样，批量焊接一般遵循由小到大的原则，即先焊接体积小的器件，如电阻电容二极管，再焊接体积较大的电解电容和芯片。样板调试需要按照整个板子电路的重要性，从最重要的部分焊起，因为最终要的部分直接决定了整个板子的成败。而在对于一个电路板，个人认为最重要的部分首先应该是电源，只有电源工作正常了，其他电路才有继续焊接下去的必要。因此这里，我也首先焊接板子的电源部分。       板子上使用一颗开关电源芯片MP2359来提供3.3V的电压，使用AMS1117来得到2.5V和1.2V。这里，首先焊接MP2359，焊机我并没有采用常规的烙铁加焊的方式，而是使用锡浆先涂抹焊盘，然后将MP2359放上去，使用风枪，380°温度，接最小风口加热大约5秒即可，焊接出来的焊点光滑平整，可以媲美SMT工艺。如下所示：涂锡浆 焊接好的样子： 可以看到，焊点平整均匀。      这里，电感和铝电解电容我都使用了这样的焊接方式，这种方式其实就是从一定程度上模拟回流焊的过程，通过这种方式焊接出来的电路板整齐美观，不会出现焊点形状难看，大小不一的情况，以下为整个电源部分焊接完成的样子（两个AMS1117芯片是用手焊的，所以比较难看）：       由于在这最终版出来之前，已经有过两版调试版了，所以整个焊接过程经验十足，没有遇到困难，这里也就不放出电压表的测量结果了。 整个板子，除了电源，就是FPGA芯片了，当电源焊接OK以后，再配上几个配置用电阻，即可满足FPGA工作的必要条件。因此，接下来的工作，就是焊接FPGA芯片了。芯航线开发板上，使用的是EP4CE10F17C8的FPGA芯片，该芯片是256脚的BGA封装。因此，不得不面对BGA封装芯片的焊接问题。幸好，小梅哥有两年的手机维修经验，因此BGA芯片焊接基本不存在压力。       这里，为了保证焊接的质量，我首先对FPGA芯片用助焊剂材料进行处理，以保证其良好的焊接性。用过松香，也用过专用焊膏，个人觉得，还是松香的效果最好，虽然清洗起来比较麻烦，但是调试样机嘛，最重要的是保证焊接效果，因此直接使用松香为助焊剂。如下图，将几块小块的松香置于芯片上，然后使用热风枪以280度，最小风量吹松香，让松香和锡球均熔化，这样，锡球就会浸润在松香中。焊接的时候，会比容易。 放上松香碎末 使用热风枪加热，使松香熔化，将锡球浸润在松香中 为了保证焊接的时候有非常良好的接触这里，我先对PCB板上的焊盘进行了上锡操作。虽然上锡之后焊盘不再平整，不利于芯片的准确摆放，但是为了焊接的可靠，这里还是选择了上锡，毕竟BGA芯片一次焊接失败，后面要再焊接就得植球，就麻烦了。给BGA焊盘上锡还是比较简单的。直接使用电烙铁蘸上松香，再带着锡球在板子上轻轻的走一遍，基本就搞定了。 给焊盘上锡。      上锡完成后，先用热风枪，风力3挡，200度温度吹PCB的焊盘10秒钟左右，以对PCB板进行预热，预热后。使用镊子夹取芯片，摆放元器件，这里，丝印层上有芯片的安装框，将芯片正好放在框内即可。摆放正确的芯片如下图所示： 接着就可以使用热风枪来进行吹焊了，焊接分为预热与加热两个阶段，预热时，使用热风枪，280度温度，风力3挡，环绕FPGA芯片四边吹，大约吹20秒左右，如下图所示： 环绕芯片四周吹，预热芯片 然后，就可以将风枪挂在支架上，开始使劲儿吹了，这时候的风力为6挡，温度为365度，这个温度是我多次试验出来的，低了吹不化，高了没必要，吹4分钟左右，可以看到芯片有明显的下沉，用镊子轻轻触碰一下芯片，芯片能够在镊子移走后自动归位，即表明焊接OK。如下图所示： 热风枪温度（这个二合一的热风拆焊台个人总感觉温度不够，以前用过一台320度都能搞定，这台非得调到365） 焊接完成后，整个板子会比较脏，到处都是松香，所以必须对板子进行清洗，清洗的需要使用专用的洗涤液，这里我使用洗板水。虽然用酒精也能清洗，但是效果总不好，洗板水效果强劲，能够将板子洗的很干净。不过，洗板水有毒，希望大家以后在使用的时候注意保护自己。洗涤一定要用脱脂棉蘸洗板水清洗，用刷子基本是洗不干净的。以下为洗版时拍的一张图： 秀一下焊接前后芯片的样子对比： 焊接前 焊接后 不可避免的，我们看到芯片引脚上有松香的印子，但是这并不影响芯片的正常工作，通过这样的焊接，芯片基本都焊接稳定了。
接着，焊接SDRAM和SRAM，这里，我使用拖焊的方式，即先将芯片固定在板子上，然后在引脚上涂锡，接着用烙铁进行拖锡，即可实现非常稳定漂亮的焊接，焊完的效果如下图所示： 怎么样，是不是蛮像SMT贴出来的，挺规范挺漂亮吧。 当SRAM和SDRAM都已经焊接完成后，为了支持基本测试，还将板子上的CH340电路焊接OK。因为之前使用nios ii软核设计了一个存储器测试工程，上电即可对SRAM、SDRAM电路进行测试，并将测试结果通过串口发送出来。测试时，只需要将开发板和电脑用USB Mini数据线进行连接，按下复位键，系统即可对SRAM和SDRAM自动进行测试并打印结果。下图为测试通过时串口上打印的数据结果：        可以看到，系统对SRAM的地址总线、数据总线、字节读写、半字读写以及每一位都进行了测试，测试通过，则打印SRAM is Okay的信息，若测试异常，则会报告错误地址或数据线位。SRAM测试完成后，就对SDRAM进行测试，这里分别对SDRAM的地址总线、数据总线、字节读写、半字读写进行了测试，由于SDRAM容量很大，测试其每一位非常耗时间，为了快速测试，因此略去了该功能。可以看到，测试通过，也会打印SDRAM is Okay的信息。若测试异常，则会报告错误地址或数据线位。
      OK，整个板子的焊接就到这里，至于其他的部分接插件的焊接，这里就不展示了，总之，整个过程相对来说很顺利，也是因为之前就有两次样板焊接的经验基础吧。不得不说，焊接既是个技术活，也是个体力活，整个板子焊下来大约4个小时左右吧。