BGA封裝返修技術(shù)應(yīng)用圖解

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ＢＧＡ簡(jiǎn)介

BGA是Ball Grid Array的縮寫，按字面可直譯為 球柵陣列 ，BGA是貼裝IC的一種新的封裝形式，其引出端（引腳）呈距陣狀分布在底面上，完全改變了引端分（引腳）布在兩側(cè)或四邊的封裝形式，這樣相同引出端數(shù)的BGA其焊點(diǎn)分布要比PLCC、QFP封裝形式的引出腳間距疏松的多。如果維持相同間距則BGA的引出端（引腳）比QFP多得多。如果一個(gè)313引出端（引腳）的PBGA在電路板上占用一個(gè)有304引出腳的PQFP封裝所占用的空間少34％，同時(shí)BGA的安裝高度也比PQFP小，313引出腳的PBGA的高約2.1mm，304引出腳的FQFP的高度為3.7mm。因此普遍認(rèn)為BGA是高密度、高性能和I/O端子數(shù)的VISI封裝的最佳選擇。到目前為止，BGA按照封裝材料的不同，BGA器件主要有以下幾種：

（1） PBGA（Plastic BGA塑料封裝的BGA）;PBGA封裝是BGA中最重要的一種，如圖所示：

BGA主要結(jié)構(gòu)分為三部分：主體基板、芯片和封裝?；逡幻婧附用?，另一面為芯片封裝面。焊接面上球形焊矩陣狀排列?；鍨樘貏e精細(xì)的印制線路板，有雙面板與多層板幾種形式。對(duì)于引出端數(shù)較多的基板一般為多層板，內(nèi)部為走線層與電源、接地層。對(duì)于引出數(shù)端較少的基板用雙面板即可。在芯片封裝面上IC芯片以COB方式與基板連接。

另外還需注意的是：通常BGA對(duì)潮濕非常敏感，尤其是OMPAC，它能使封裝器件與襯底裂開。這是由于粘模片的環(huán)氧樹脂吸附潮氣，當(dāng)器件被加熱到再流溫度時(shí)，它所吸附的潮氣就會(huì)汽化，在環(huán)氧樹脂內(nèi)造成大的應(yīng)力，水汽要模片下的襯底上形成氣泡，這將導(dǎo)致炸裂。如果吸附的潮氣很多，那么炸裂就會(huì)很厲害，可能會(huì)一直延伸到襯底的四周。因此最好在安裝前，把器件放在125度的烤箱中烤24小時(shí)，這種烘烤最好能在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。

2、BGA器件的焊接

BGA器件的焊接設(shè)備一般采用熱風(fēng)對(duì)流及紅外輻射兩種方式，現(xiàn)在新型的返修設(shè)備一般都采用熱風(fēng)和紅外混合加熱方式，加熱過程中同樣要求加熱溫度是可控制的，可通過設(shè)置最高溫度和加熱計(jì)時(shí)器來保證焊接可重復(fù)性。

BGA貼裝

貼裝BGA器件比貼裝細(xì)間距QFP器件簡(jiǎn)單，BGA焊球至器件的邊緣公差很小，以器件的輪廓為基準(zhǔn)，就能把器件放準(zhǔn)確，另外，由于BGA在再流焊中受熔化焊球的表面張力的作用，即使器件與焊盤的偏差達(dá)到50％，也會(huì)很好地自動(dòng)校準(zhǔn)。

BGA回流焊技術(shù)

BGA焊接采用BGA回流焊技術(shù)，分紅外加熱爐和熱風(fēng)對(duì)流加熱爐兩種方式，這一工藝與QFP表面安裝工藝非常相似。焊球開始時(shí)的直徑約是25mil，在回流焊中塌陷為3到7mil，這一過程也被叫做受控芯片載體塌陷連接。在BGA回流焊過程中，溫度控制是必不可少的，一定要依據(jù)BGA制造商提供的數(shù)據(jù)，否則可能損壞BGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時(shí)應(yīng)防止由于回流時(shí)間過長(zhǎng)而造成的器件損壞。一般回流焊條件為：最佳溫度215度，最高溫度低于240度，熔化溫度下保持60到90秒。 注意事項(xiàng)如下：

（a）BGA返修回流焊的曲線應(yīng)當(dāng)與BGA的原始焊接曲線接近，熱風(fēng)回流焊曲線可分成四個(gè)區(qū)間：預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)，四個(gè)區(qū)間的溫度、時(shí)間參數(shù)可以分別設(shè)定。

（b） 在回流焊過程中要正確選擇各區(qū)的加熱溫度和時(shí)間，同時(shí)應(yīng)注意升溫的速度。一般在100度以前，最大的升溫速度不超過6度/秒，100度以后最大的升溫速度不超過3度/秒，在冷卻區(qū)，最大的冷卻速度不超過6度/秒。因?yàn)檫^高的升溫速成度和降溫速度都可能損壞PCB和BGA，這種損壞有時(shí)是肉眼不能觀察到的。不同的BGA，不同的焊膏，應(yīng)選擇不同的加溫度和時(shí)間。對(duì)免洗焊膏，其活性低于非免洗焊膏，因此，焊接溫度不宜過高，焊接時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以防止焊料顆粒的氧化。

（c） 熱風(fēng)回流焊中，PCB板的底部必須能夠加熱。這種加熱的目的有二個(gè)：避免由于PCB板的單面受熱而產(chǎn)生翹曲和變形；使焊膏熔化的時(shí)間縮短。對(duì)大尺寸板的BGA返修，這種底部加熱尤其重要。BGA返修設(shè)備的底部加熱方式有兩種，一種是熱風(fēng)加熱，一種是紅外線加熱。熱風(fēng)加熱的優(yōu)點(diǎn)是加熱均勻，一般返修工藝建議采用這種加熱。紅外加熱的缺點(diǎn)是PCB受熱不均勻。

（d）要選擇好的熱風(fēng)回流噴嘴。熱風(fēng)回流噴嘴屬于非接觸式加熱，加熱時(shí)依靠高溫空氣流使BGA上的各焊點(diǎn)的焊料同時(shí)熔化。保證在整個(gè)回流過程中有穩(wěn)定的溫度環(huán)境，同時(shí)可保護(hù)相鄰器件不被對(duì)流熱空氣回?zé)釗p壞。

BGA焊接后的檢測(cè)

因?yàn)樵贐GA焊接后，其焊點(diǎn)不容易看到，所以檢查BGA的焊點(diǎn)就比檢查其它表面安裝的焊點(diǎn)難多了，但與BGA的極高的安裝產(chǎn)量相比，這一缺點(diǎn)也就不算什么了。由于原子密度的不同，在檢測(cè)漏焊、虛焊和重焊時(shí)用X射線系統(tǒng)來檢測(cè)焊點(diǎn)的開路虛焊，可在板子設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)焊盤形狀做一簡(jiǎn)單的修改，如在每一焊點(diǎn)的園焊盤旁加一與園焊盤連接的小標(biāo)記，這樣在再流焊期間，如果焊點(diǎn)是好的，那么來自焊球的焊料會(huì)充滿標(biāo)記區(qū)，否則該標(biāo)記上無焊料。

但是對(duì)于一般的BGA返修焊接后來說，用X射線檢查焊接缺陷是不現(xiàn)實(shí)的，一般可以通過查看錫球融化后芯片邊界與PCB板的距離來判斷BGA焊接是否良好（這個(gè)需要經(jīng)驗(yàn)多觀察）。

BGA返修

BGA的返修技術(shù)在于如何將BGA器件無損傷從PCB上拆卸下來，再將新的器件準(zhǔn)確地貼裝上去并高質(zhì)量地焊接。由于下面三個(gè)原因BGA的返修成本明顯地高于QFP：

（1）BGA組裝的任何缺陷都需要全部返修，不能像QFP可以單獨(dú)對(duì)其中的一個(gè)或多個(gè)有焊接缺陷的引腳因?yàn)閱我坏亩搪坊蜷_路進(jìn)行返修；

（2）返修一個(gè)BGA比QFP更困難，同時(shí)需要附加的工具投資更大；

（3）返修的BGA器件一般被扔掉，而有些QFP如果在拆卸時(shí)足夠小心的話還可再利用。

BGA器件的拆卸和BGA回流焊方式一樣，如果采用熱流方式，熱噴嘴應(yīng)置于要返修修的BGA表面上5mm處，并從頂部加熱。一般不從器件底部加熱，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致剝離損壞，并使鄰近器件局部再流。如果要拆下的器件早已是壞的，就不用考慮熔化溫度和時(shí)間；如果要拆下的器件還準(zhǔn)備再用，那么為了避免爆裂，在拆下器件之前，先要在125度溫度下烘烤24小時(shí)。在加熱和拆卸之前，在器件下面加一些液體助焊劑可使加熱均勻。為避免板子或其它器件的損，要小心地控制其加熱量、加熱方向和熱溢出量等。

器件拆卸后，必須為新器件的焊接做好準(zhǔn)備，清除遺留在板子上的焊料。同時(shí)為了保證焊盤陣列的共面性和清潔度，為新的BGA焊接創(chuàng)造良好的環(huán)境，還原對(duì)返修區(qū)進(jìn)行熱風(fēng)整平，首先施加助焊劑，然后降低BGA拆卸噴嘴進(jìn)行熱風(fēng)對(duì)流，這將有效地清除任何遺留在PCB上微小焊毛刺及殘?jiān)?，從而保證良好的可焊性。

返修期間BGA器件的對(duì)準(zhǔn)問題相對(duì)容易，通過使用PCB上的適當(dāng)標(biāo)志，大部分操作者都能把BGA貼放到焊盤的25％范圍之內(nèi)。然后通過再流期間焊料的表面張力將BGA拉到適當(dāng)?shù)奈恢?這就是自對(duì)中)。

BGA器件的返修焊接與拆卸一樣，溫度控制是絕對(duì)重要的，一般再流溫度為210度到215度時(shí)間最長(zhǎng)75秒，同時(shí)還應(yīng)參照BGA制造者提供的再流參數(shù)，否則會(huì)損壞BGA器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。