BGA的焊接接收标准与返修

会员242753

1.BGA器件的种类和特性
1.1 BGA器件的种类:
  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）
2.        CBGA（Ceramic BGA陶瓷封装的BGA）
3.        CCBGA（Ceramic Column BGA陶瓷柱状封装的BGA）
4.        TBGA（Tape BGA载带封装的BGA）
5.        CSP（Chip Scale package 芯片尺寸的封装或μBGA）
1.2 BGA器件的特性
　 与QFP相比，BGA的特性主要有以下几点:
　 （1）I/O端子间距大（如1.0mm、1.27mm 、1.5mm），可容纳的I/O数目多（如1.27mm 间距的BGA在25mm边长的面积上可容纳350个I/O端子，而0.5mm间距的QFP在40mm边长的面积上只容纳304个I/O端子）。
　 （2）封装可靠性高，焊点缺陷率低，焊点牢固。
　 （3）QFP芯片的对中通常由操作人员用肉眼来观察，当管脚间距小于0.4mm时，对中与焊接十分困难。而BGA芯片的端子间距较大，借助对中放大系统，对中与焊接都不困难。
　 （4）焊接共面性较QFP容易保证，因为焊料在熔化以后可以自动补偿芯片与PCB之间的平面误差。
　 （5）较好的电特性，由于端子小，导性的自感和互感很低，频率特性好。
　 （6）回流焊时，焊点之间的张力产生良好的自对中效果，允许有50%的贴片精度误差。
　 （7）能与原有的SMT贴装工艺和设备兼容，原有的丝印机、贴装机和回流焊设备都可使用。BGA与QFP特性比较见表1。BGA的缺点主要在于焊接后需X射线检测。
　 2. BGA器件的焊接
　 BGA器件的焊点的成功与否与印制电路装配（PBA）有着密切的关系，所以在PCB布局方面必须考虑三个特别关键的因素。
2.1 热管理
　 当进行PCB的布局设计时，必须考虑印制电路装配的热管理问题。例如，如果在PCB的一个区域范围内，BGA器件聚集在一起则可能在回流炉中引起PCB的热不平衡。在PCB的某个区域内集中放置许多大的BGA，可能会要求较长的加热周期，由此会造成PCB上较少元件区域内元件的烧坏。相反PCB的元件较少区域已达到焊接温度，而有BGA的区域温度还很低，助焊剂还来不及从BGA焊点中排出就完成了PCB的焊接周期，从而引起空洞或者焊球在焊盘中未能熔化。
2.2 过孔
　 组装BGA的PCB过孔位置的设计要严格按有关标准要求进行。任何与BGA元件焊盘相邻的过孔必须很好的地覆盖阻焊层，不覆盖阻焊层，会有过多的焊料从焊盘流到过孔中，从而引起焊盘与相邻过孔的短路。
2.3 焊盘几何形状和直径
　 器件封装引脚排列密度对焊盘几何形状和直径有直接的影响。同样，BGA元件具有不同的尺寸、形状和复杂性。封装尺寸的不断减小，焊盘的几何形状和直径将要求检测技术具备更高的清晰度。
　 3.BGA器件的验收标准
　 对于组装在印制电路组件上的BGA器件来说，验收标准是一个比较重要的问题。BGA元件未应用于产品设计之前，多数PCB制造商在其工艺检查中并未使用X光检测系统，而使用传统的方法来测试PCB器件，如自动光学检查、人工视觉检查、制造缺陷分析的电气测试以及在线与功能测试。可是这些方法并不能准确检测到所陷藏的焊接问题，如空洞、冷焊和桥接。X射线检测技术可有效地发现这类问题，同是可以进行实时监测、提供质量保证并且可以实现过程控制的即时反馈。
3.1 X射线评估
　 在第一块组装BGA器件的PC时，X射线可以通过焊盘边缘、开路、短路、桥接和空洞附近粗糙的未焊接区域的情况来评估回流焊的程序。开路、不接触等情况表示焊膏未能充分回流。短路桥接可能是由于太高的温度，焊料液化时间太长，使它流出焊盘并存在于相邻焊盘之间从而造成短路。
　 需要客观地评估空洞。发现空洞不怕，关键是焊点还能够焊接在焊盘上。但是理想的情况是焊点内无空洞。空洞可能是由于污染和锡/铅或助焊剂在焊膏内不均匀分布等形成的。另外，翘曲的PCB可能造成不充分焊接。开路的焊接点也可能存在。
　 空洞的数量与尺寸是验收合格的关键因素。通常，允许单个空洞尺寸最大为焊料球直径的50%，如果焊料是由回流的焊料所包围，焊料球将附着在焊盘上，50%的空洞还允许BGA工作，这虽然是一个非常临界的标准，电气性能可能会满足要求，但机械强度会受到影响。
　 含有BGA的PCB必须使用能够分辨至少小于100μm直径孔的X光系统来评估。X光系统必须能够对在测单元从上往下和倾斜两个方向观察。X光检查是成功焊接BGA的可靠保证。
3.2 建议的验收标准
　 接收标准将帮助X射线检查系统确认许多典型的焊接问题，这些问题会与BGA器件的使用有关。包括几方面的内容:
　 （1）空洞
　 焊接空洞是由于在BGA加热期间焊料中夹杂的化合物膨胀所导致的。有空洞的BGA焊接点可能将来会引起失效等工艺问题。验收标准为，焊接点中的空洞不应该超过焊料球直径的20%，并且没有单个空洞出现在焊接点外表。如果多个空洞可能出现在焊点中，空洞的总和不应该超过焊料球直径的20%。
　 （2）脱焊焊点
　 不允许脱焊焊点。
　 （3）桥接和短路
　 当在焊接点有过量的焊料或者焊料放置不适当时，经常会发生桥接和短路。验收标准要求焊点不能存在短路或桥接。
　 （4）不对准
　 X光图像将清楚地显示出BGA焊料球是否准确地对准PCB上的焊盘。
　 （5）断路和冷焊点
　 当焊料和相应的焊盘不接触或者焊料流动欠佳时，发生断路和冷焊点问题。这是坚决不允许的。
　 4.BGA返修工艺
　 多数半导体器件的耐热温度为240℃～600℃，对于BGA返修系统来说，加热温度和均匀性的控制显得非常重要。BGA返修工艺步骤如下。
　 （1）电路板、BGA预热
　 电路板、芯片预热的主要目的是将潮气去除，如果电路板和BGA内的潮气很小（如芯片刚拆封），这一步可以免除。
　 （2）拆除BGA
　 拆除的BGA如果不打算重新使用，而且PCB可承受高温，拆除BGA可采用较高的温度（较短的加热周期）。
　 （3）清洁焊盘
　 清洁焊盘主要是将拆除BGA后留在PCB表面的助焊剂、焊膏清理掉，必须使用符合要求的清洗剂。为了保证BGA的焊接可靠性，一般不能使用焊盘上的残留焊膏，必须将旧的焊膏清除掉，除非BGA上重新形成BGA焊料球。由于BGA体积小，特别是CSP（或μBGA），体积更小，清洁焊盘比较困难，所以在返修CSP时，如果CSP的周围空间很小，就需使用免清洗焊剂。
　 （4）涂焊膏、助焊剂
　 在PCB上涂焊膏对于BGA的返修结果有重要影响。通过选取用与BGA相符的模板，可以很方便地将焊膏涂在电路板上。对于CSP，有3种焊膏可以选择：RMA焊膏，免清焊膏和水溶性焊膏。使用RMA焊膏，回流时间可略长些，使用免清洗焊膏，回流温度应选的低些。
　 （5）贴装
贴装的主要目的是使BGA上的每一个焊料球与PCB上的焊盘对准。必须使用专门的设备来对中。
　 （6）热风回流焊
　 热风回流焊是整个返修工艺的关键。
　 （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，通过与计算机连接，可以将这些程序存储和随时调用。
　 (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℃以前，最大的升温速度不超过6℃/s，100℃以后最大的升温速度不超过3℃/s，在冷却区，最大的冷却速度不超过6℃/s。因为过高的升温速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，应选择不同的加热温度和时间。如CBGA的回流温度应高于PBGA的回流温度，90Pb/10Sn应较63Sn/37Pb焊膏选用更高的回流温度。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的底部必须能够加热。这种加热的目的有二个：避免由于PCB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。

会员214777

hahahhaaa

会员388329

  好文章，其实，自身拥有了BGA设备不难，难的是，实际操作中遇到的问题。希望大家，多多交流有关BGA焊接的技术，逐步提高大家的技术水平。

会员379827

是很好的资料，不错学习学习？{:soso_e181:}

会员198382

找个 RMA 拍个图片 就知道标准了 你看看工厂的返修板子就知道标准在哪里了！