淺談BGA器件的返修

羅艷臣

摘要：隨著SMD的發展，由于BGA具有很多優勢，因此在目前電子工業中已被廣泛應用。表面組裝技術（SMT）的應用是電子裝聯時代的一場革命，隨著電子裝聯的小型化、高密度化的發展，隨著無鉛焊接工藝的應用，相關的焊接工藝和返修工藝受到了越來越多的挑戰。

關鍵詞：BGA器件;返修;優點;缺點

一、概述

1.在SMD制程中，由于多種原因，致使總有一些不良產生，如空焊、短路等，所以難免會有維修產生。對于普通SMD元件，如貼片電阻、貼片電容、SOIC、SOJ、PLCC等，維修比較容易，基本不需要另外配置維修系統。但隨著電子產品的小型化，這些普通封裝的元件已遠遠不能滿足產品設計的需要，所以在產品中大量出現BGA、CSP等元件。這些元件則必須使用返修系統來維修。本文將簡要介紹使用返修系統對BGA進行維修的一些主要工藝。

2.返修系統的選擇

選擇適合本工廠的返修系統是第一步，不同廠家的返修系統的不同之處主要是加熱源與加熱方式不同，如元件上方加熱或上下同時加熱，有些還可以設置溫度曲線。從保護器件及返修品質的角度考慮，應選擇上下同時加熱的返修系統比較好。為防止PCB在返修過程中翹曲，還應選擇具有對PCB進行預熱功能的返修系統。另外，PCB的固定方式、元件的定位方式等等都是需要在選擇返修系統時考慮的。

3.返修基本步驟

3.1BGA拆卸

使用返修系統拆除BGA，并用烙鐵將PCB焊盤殘留的焊錫清除干凈，使焊盤平整，可用除錫帶和扁形烙鐵頭進行清理，操作時注意不要損壞焊盤和阻焊膜。再使用專用清洗劑將助焊劑殘留物清除干凈。

3.2BGA干燥處理

在使用BGA之前檢查器件是否有受潮，對受潮的器件應按BGA的烘烤要求放入烤箱進行烘烤。

3.3錫膏印刷

在焊接BGA之前，需要在拆下BGA的地方印刷錫膏。但由于板上有其他元件，因此必須使用BGA錫膏印刷專用小模板，模板厚度與開口尺寸應根據BGA球徑和球距來確定。印刷完成后還需檢查印刷質量，如不合格，需將PCB清洗干凈，晾干后重新印刷。

對于球距小于0.4mm的CSP，可以不印刷錫膏，因此不需要加工返修用的模板，直接在PCB的焊盤上涂刷膏狀助焊劑。

3.4貼裝BGA

將返修系統的程式設定好，然后將烘烤好的BGA放到指定的區域，返修系統會自動吸取零件，放到設定好的位置上。有些返修系統放置零件不是自動的，此時，需用真空泵手動放置零件。選擇適當的吸嘴，打開真空泵。將BGA器件吸起來，BGA器件底部與PCB焊盤完全重合后將吸嘴向下移動，將BGA器件帖裝到PCB上，然后關閉真空泵。

3.5焊接

根據返修元件的尺寸、PCB的厚度等，設置好焊接溫度，然后由返修系統完成焊接。

二、BGA植球

拆卸下來的BGA，若想再次使用，則必須重新植球。植球的工藝大致如下：

1.用烙鐵將BGA上的PCB焊盤殘留的焊錫清除干凈，使焊盤平整，可用除錫帶和扁形烙鐵頭進行清理，操作時注意不要損壞焊盤和阻焊膜。再使用專用清洗劑將助焊劑殘留物清除干凈。

2.在BGA底部焊盤上印刷助焊劑一般情況下，BGA上使用的助焊劑應為高粘度的助焊劑，同時起到粘接和助焊的作用。印刷完成后，應保證助焊劑圖形清晰、不漫流。也可直接用錫膏來代替。印刷時采用BGA錫膏印刷專用小模板，模板厚度和開口尺寸視球徑和球距而定。印刷完成后必須檢查印刷品質，如不合格，必須清洗后重新印刷。

3.選擇錫球：選擇錫球時要考慮錫球的材料和球徑的尺寸。必須選擇與BGA器件焊球材料一致的錫球。焊球的尺寸要看使用助焊膏還是錫膏，若使用助焊膏，則錫球尺寸應與新BGA的錫球尺寸一樣。若使用錫膏，則錫球尺寸要小一些。

4.植球：若使用植球器，選擇一塊與BGA焊盤匹配的模板，模板的開口尺寸應比錫球直徑大0.1mm左右，將錫球均勻的撒在模板上，搖晃植球器，把多余的錫球從模板上滾到植球器的錫球收集槽中，是模板表面剛好每個漏孔中保留一個錫球。再把印好助焊膏或錫膏的BGA用真空泵吸到吸嘴上，按照帖裝的方式進行對準，把BGA器件貼裝到植球器模板表面的錫球上，然后將BGA吸起來，借助助焊膏或錫膏的粘性將錫球粘在BGA對應的焊盤上。關閉真空泵，把BGA錫球面向上放于工作臺，檢查有無缺少錫球的地方，若有，用鑷子補齊。

若使用模板來植球，則首先將印好助焊膏或錫膏的BGA錫球面朝上放于工作臺上。把專用的模板放置于BGA的上方，使模板與BGA之間的空隙略小于錫球的直徑，并使模板空與BGA的焊盤一一對應，在顯微鏡下對準位置。將錫球均勻的撒在模板上，使模板每個漏孔中保留一個錫球，多余的錫球則用鑷子拔下來。移開模板，檢查并補齊。

5.回流焊接：將植好球的BGA按設定的溫度曲線過一次回焊爐，錫球就固定在BGA器件上。

6.使用：完成植球后的BGA，應清洗干凈，并盡快使用，以防止錫球氧化和器件受潮。

三、BGA器件故障類型及返修

1.BGA焊接點的短路（又稱粘連）：

1.1焊膏印刷不良（過厚），貼片后錫膏與錫膏之間粘連造成回流焊接后焊點短路。

1.2貼片嚴重偏移>50%以上或貼片后手工調整。

1.3解決措施：焊膏印刷操作員逐塊檢查嚴格控制印刷質量;調整貼片坐標。如出現50%以上的偏移需用真空筆吸下重新貼片，禁止手工調整。

2.BGA焊接點的虛焊：

2.1錫膏印量不足或焊盤漏印。

2.2回流焊接溫度（曲線）設定不當。

2.3解決措施：焊膏印刷操作員逐塊檢查嚴格控制印刷質量;使用測溫板制定符合工藝的回流參數。

3.BGA焊接點的短路的維修步驟與方法：

BGA檢測——BGA拆除——焊盤清潔、清理——錫膏或助焊膏的涂覆——BGA貼片——BGA焊接——BGA檢驗。

3.1BGA拆除

為了防止維修時PCB局部變形或器件因吸潮而引起的器件炸裂，對返修工作站的性能有如下要求，小心取出已植完球的BGA檢查是否有缺陷，如有缺陷有針對性修整，合格后回收多余錫球。

3.2錫球焊接：

將植完球的BGA放在工裝上（工裝可用鋁板見下圖），調出翻修工作站已設定好的程序進行焊接，也可放入回流焊進行焊接。

結語

經大量測試結果證明，測試中BGA電氣性能不良99%以上是由于生產加工中造成的，這些不良主要表現在焊接點的短路和焊接點的虛焊。這些缺陷都是可以通過返修后重新達到產品性能的。所以BGA的返修有著重要意義。但BGA的返修難度大，翻修要求高，返修工藝復雜，涉及工藝多，翻修非常講究經驗與技巧。整個過程中任何疏漏都可能是翻修失敗，所以BGA返修要求：精雕細琢