BGA焊接失敗分析與正確方法

雷東生

【摘要】IT行業的發展使產品性價比越來越高，各個廠商品牌都在以最新的配置和最靚的外觀吸引著廣大的消費者。各個廠商在快節奏推陳出新的同時，不夠嚴謹的設計，不夠冗余的散熱系統，不夠完全的測試，這些缺陷都會在若干年后顯現出來。首當其沖的就是筆記本電腦的獨立顯卡和南橋。大多數維修者在做BGA焊接時感到有難處，本文闡述BGA焊接失敗原因與正確焊接方法。

【關鍵詞】BGA焊接；失敗原因；正確方法

首先要知道BGA技術（Ball Grid Array Package）即球柵陣列封裝技術。該技術便成為CPU、主板南北橋等高密度、高性能、多引腳芯片封裝的最佳選擇。BGA封裝引腳之間的距離遠大于QFP，從而提高了組裝成品率。采用了可控塌陷芯片法焊接，改善它的電熱性能。組裝可用共面焊接，能大大提高封裝的可靠性，并且使封裝CPU信號傳輸延遲小，適應頻率可以提高很大。封裝本體厚度比普通QFP減少1/2以上，重量減輕3/4以上。因此BGA封裝為現今手機、筆記本電腦的小型化微型化作出了很大的貢獻。但因為連接兩端的錫球在裝好后是不能直接用肉眼看見的，也不容易檢查是否焊接成功。這都為返修更帶來了很大的難度，普通維修者采用就是萬元左右的BGA返修臺。

圖一、BGA封裝芯片

第二、根據多年的維修經驗，總結常見的BGA返修出問題的原因：

1、焊接溫度不正確，過低會虛焊，過高會連焊短路甚至燒壞芯片，要搞清楚是有鉛和無鉛焊接。不同的錫鉛比例焊錫的熔點溫度不同，一般為180～230 ℃。無鉛焊錫，錫的熔點是231.89 ℃。2、焊接溫度的曲線不正確，容易發生虛焊和錫球變脆等導致可靠性不高的結果。3、靜電損壞芯片，在焊接操作過程中要特別注意靜電。4、機器因為芯片導致花屏，更換元件一定要買新的無缺陷版本芯片來做BGA了，否則會出同樣的問題。5、看看主板上的微小電容電阻等元件受熱是否脫落，導致主板電路不完整。6、芯片的植球是決定成敗的關鍵，如果一片錫球中有一個大小或高度與其他的不一樣，就要想辦法改正。7、吸錫帶不怎么吸錫，就涂一點焊錫膏在吸錫帶上，用一點剪一點，盡量用新的吸錫帶來吸錫。避免電烙鐵頭直接接觸焊盤，以免燒壞焊盤使焊盤脫落。8、用酒精和海綿清洗掉殘余焊錫膏并充分風干，使焊盤干凈。9、用好隔熱膠帶，不是直接貼在元件上，而是貼在PCB板上讓翹起的部分來導熱風，能阻止熱風直接接觸脆弱的元件，在極其脆弱的地方要直接貼兩層，如GPU上。10、有的機器顯卡芯片上銅片一定要加，特別要注意顯卡芯片不要被銅片所壓壞。可以在加銅片的時候，同螺絲刀試探是否已經不能滑動，剛好不能滑動時就不要擰螺絲了。為了讓銅片發揮出最高效率，原來的導熱硅脂要砌底清干凈。銅片兩面都要涂新的含銀硅脂，保證銅片和顯卡芯片的良好接觸。另外，為了防止含銀硅脂導致顯卡短路，要在顯卡芯片周圍用絕緣膠紙等材料把顯卡上的小電容小電阻全部覆蓋掉。

第三、BGA 芯片拆卸、焊接流程正確方法：

基礎知識：1、均勻加熱芯片，溫度不超過400 ℃，芯片是不會損壞的。2、BGA芯片的不同部位的加熱時溫差不能超過10 ℃。3、BGA芯片加熱溫度上升不能高于6 ℃ / S。4、目前大部分的BGA芯片是塑料封裝的，簡稱PBGA，因塑料材質容易吸潮，拆封后須立即使用，否則在加熱過程中易產生“爆米花”效應，損壞芯片，與空氣接觸時間較長的芯片，可以用鐵板燒先低溫去潮處理后再使用。5、PCB板的溫度不能超過280 ℃，否則極易變形。

芯片摘取和焊接

設定的上部回流焊加熱程序（常用的南橋及顯卡芯片）：第一階段，勻速加熱溫度到160 ℃，使用時間30秒，平均5.33 ℃/S。第二階段，勻速加熱溫度到185 ℃，持續時間25秒。第三階段，勻速加熱溫度到225 ℃，持續時間40秒。第四階段，勻速加熱溫度到255 ℃，持續時間35秒。第五階段，勻速降溫至225℃，持續15秒，程序結束。設定的下部紅外加熱程序：第一階段，勻速加熱溫度到135 ℃，使用時間30秒。第二階段，勻速加熱溫度到150 ℃，至程序結束。回流焊典型溫度曲線變化圖如下圖二（可參考）：

具體操作：1、將電路板固定到焊臺上，利用下部的電路板支撐裝置，把電路板支撐平整，做到用手輕按電路板不彎曲。2、選擇正確的焊嘴（焊嘴以能覆蓋芯片為合適），放下回流焊頭，使焊嘴的最下邊距芯片表面距離 2-3mm，設定好程序，啟動焊接程序。3、待程序結束后，用真空筆把芯片吸下來。待主板冷卻后取下。4、將電路板固定到焊臺上，利用下部的電路板支撐裝置，把電路板支撐平整，做到用手輕按電路板不彎曲。5、線路板上都有比BGA芯片略大點的白色方框，把芯片擺放到正中間，允許有芯片長度千分之五的誤差，在高溫下錫的張力會把芯片復位。6、選擇正確的焊嘴（焊嘴已能覆蓋芯片為合適），放下回流焊頭，使焊嘴的最下邊距芯片表面距離 2-3mm，設定好程序，啟動焊接程序。程序結束，主板冷卻后取下試機。

芯片焊拆注意事項

1、電路板在高溫狀態下極易彎曲，在固定電路板后一定要使支撐裝置將電路板支撐平整。如果電路板彎曲，內部的導線有可能斷開，BGA芯片錫珠不能與電路板上焊盤焊接。這兩種情況電路板都會報廢。2、芯片摘取、焊接過程中，焊嘴附近元件上的焊錫都處在熔化狀態，焊臺不能振動、搖晃，不能有風，否則元件會移位、丟失。造成電路板報廢。3、在清理電路板和芯片的過程中，選用好的吸錫繩和助焊劑，使用合適的方法，注意不要把芯片和電路板上的焊盤拉脫落。4、設定合適的加熱程序，不合理的加熱程序會使芯片或電路板損壞。

總結：BGA 焊接用得上一句話，細節決定成敗，特別是細節的地方要一絲不茍。

參考文獻：

[1]《家電維修》 2011年.第7期.

[2]《焊接技術》 陳大利、北京交通大學出版社、2010.4