BGA封装返修技术应用图解

ＢＧＡ简介

BGA是Ball Grid Array的缩写，按字面可直译为 球栅阵列 ，BGA是贴装IC的一种新的封装形式，其引出端（引脚）呈距阵状分布在底面上，完全改变了引端分（引脚）布在两侧或四边的封装形式，这样相同引出端数的BGA其焊点分布要比PLCC、QFP封装形式的引出脚间距疏松的多。如果维持相同间距则BGA的引出端（引脚）比QFP多得多。如果一个313引出端（引脚）的PBGA在电路板上占用一个有304引出脚的PQFP封装所占用的空间少34％，同时BGA的安装高度也比PQFP小，313引出脚的PBGA的高约2.1mm，304引出脚的FQFP的高度为3.7mm。因此普遍认为BGA是高密度、高性能和I/O端子数的VISI封装的最佳选择。到目前为止，BGA按照封装材料的不同，BGA器件主要有以下几种：

（1） PBGA（Plastic BGA塑料封装的BGA）;PBGA封装是BGA中最重要的一种，如图所示：

BGA主要结构分为三部分：主体基板、芯片和封装。基板一面焊接面，另一面为芯片封装面。焊接面上球形焊矩阵状排列。基板为特别精细的印制线路板，有双面板与多层板几种形式。对于引出端数较多的基板一般为多层板，内部为走线层与电源、接地层。对于引出数端较少的基板用双面板即可。在芯片封装面上IC芯片以COB方式与基板连接。

另外还需注意的是：通常BGA对潮湿非常敏感，尤其是OMPAC，它能使封装器件与衬底裂开。这是由于粘模片的环氧树脂吸附潮气，当器件被加热到再流温度时，它所吸附的潮气就会汽化，在环氧树脂内造成大的应力，水汽要模片下的衬底上形成气泡，这将导致炸裂。如果吸附的潮气很多，那么炸裂就会很厉害，可能会一直延伸到衬底的四周。因此最好在安装前，把器件放在125度的烤箱中烤24小时，这种烘烤最好能在惰性气体环境中进行。

2、BGA器件的焊接

BGA器件的焊接设备一般采用热风对流及红外辐射两种方式，现在新型的返修设备一般都采用热风和红外混合加热方式，加热过程中同样要求加热温度是可控制的，可通过设置最高温度和加热计时器来保证焊接可重复性。

BGA贴装

贴装BGA器件比贴装细间距QFP器件简单，BGA焊球至器件的边缘公差很小，以器件的轮廓为基准，就能把器件放准确，另外，由于BGA在再流焊中受熔化焊球的表面张力的作用，即使器件与焊盘的偏差达到50％，也会很好地自动校准。

BGA回流焊技术

BGA焊接采用BGA回流焊技术，分红外加热炉和热风对流加热炉两种方式，这一工艺与QFP表面安装工艺非常相似。焊球开始时的直径约是25mil，在回流焊中塌陷为3到7mil，这一过程也被叫做受控芯片载体塌陷连接。在BGA回流焊过程中，温度控制是必不可少的，一定要依据BGA制造商提供的数据，否则可能损坏BGA的内部结构。同时应防止由于回流时间过长而造成的器件损坏。一般回流焊条件为：最佳温度215度，最高温度低于240度，熔化温度下保持60到90秒。 注意事项如下：

（a）BGA返修回流焊的曲线应当与BGA的原始焊接曲线接近，热风回流焊曲线可分成四个区间：预热区、加热区、回流区和冷却区，四个区间的温度、时间参数可以分别设定。

（b） 在回流焊过程中要正确选择各区的加热温度和时间，同时应注意升温的速度。一般在100度以前，最大的升温速度不超过6度/秒，100度以后最大的升温速度不超过3度/秒，在冷却区，最大的冷却速度不超过6度/秒。因为过高的升温速成度和降温速度都可能损坏PCB和BGA，这种损坏有时是肉眼不能观察到的。不同的BGA，不同的焊膏，应选择不同的加温度和时间。对免洗焊膏，其活性低于非免洗焊膏，因此，焊接温度不宜过高，焊接时间不宜过长，以防止焊料颗粒的氧化。

（c） 热风回流焊中，PCB板的底部必须能够加热。这种加热的目的有二个：避免由于PCB板的单面受热而产生翘曲和变形；使焊膏熔化的时间缩短。对大尺寸板的BGA返修，这种底部加热尤其重要。BGA返修设备的底部加热方式有两种，一种是热风加热，一种是红外线加热。热风加热的优点是加热均匀，一般返修工艺建议采用这种加热。红外加热的缺点是PCB受热不均匀。

（d）要选择好的热风回流喷嘴。热风回流喷嘴属于非接触式加热，加热时依靠高温空气流使BGA上的各焊点的焊料同时熔化。保证在整个回流过程中有稳定的温度环境，同时可保护相邻器件不被对流热空气回热损坏。

BGA焊接后的检测

因为在BGA焊接后，其焊点不容易看到，所以检查BGA的焊点就比检查其它表面安装的焊点难多了，但与BGA的极高的安装产量相比，这一缺点也就不算什么了。由于原子密度的不同，在检测漏焊、虚焊和重焊时用X射线系统来检测焊点的开路虚焊，可在板子设计时对焊盘形状做一简单的修改，如在每一焊点的园焊盘旁加一与园焊盘连接的小标记，这样在再流焊期间，如果焊点是好的，那么来自焊球的焊料会充满标记区，否则该标记上无焊料。

但是对于一般的BGA返修焊接后来说，用X射线检查焊接缺陷是不现实的，一般可以通过查看锡球融化后芯片边界与PCB板的距离来判断BGA焊接是否良好（这个需要经验多观察）。

BGA返修

BGA的返修技术在于如何将BGA器件无损伤从PCB上拆卸下来，再将新的器件准确地贴装上去并高质量地焊接。由于下面三个原因BGA的返修成本明显地高于QFP：

（1）BGA组装的任何缺陷都需要全部返修，不能像QFP可以单独对其中的一个或多个有焊接缺陷的引脚因为单一的短路或开路进行返修；

（2）返修一个BGA比QFP更困难，同时需要附加的工具投资更大；

（3）返修的BGA器件一般被扔掉，而有些QFP如果在拆卸时足够小心的话还可再利用。

BGA器件的拆卸和BGA回流焊方式一样，如果采用热流方式，热喷嘴应置于要返修修的BGA表面上5mm处，并从顶部加热。一般不从器件底部加热，因为这样会导致剥离损坏，并使邻近器件局部再流。如果要拆下的器件早已是坏的，就不用考虑熔化温度和时间；如果要拆下的器件还准备再用，那么为了避免爆裂，在拆下器件之前，先要在125度温度下烘烤24小时。在加热和拆卸之前，在器件下面加一些液体助焊剂可使加热均匀。为避免板子或其它器件的损，要小心地控制其加热量、加热方向和热溢出量等。

器件拆卸后，必须为新器件的焊接做好准备，清除遗留在板子上的焊料。同时为了保证焊盘阵列的共面性和清洁度，为新的BGA焊接创造良好的环境，还原对返修区进行热风整平，首先施加助焊剂，然后降低BGA拆卸喷嘴进行热风对流，这将有效地清除任何遗留在PCB上微小焊毛刺及残渣，从而保证良好的可焊性。

返修期间BGA器件的对准问题相对容易，通过使用PCB上的适当标志，大部分操作者都能把BGA贴放到焊盘的25％范围之内。然后通过再流期间焊料的表面张力将BGA拉到适当的位置(这就是自对中)。

BGA器件的返修焊接与拆卸一样，温度控制是绝对重要的，一般再流温度为210度到215度时间最长75秒，同时还应参照BGA制造者提供的再流参数，否则会损坏BGA器件的内部结构。