淺談BGA 類器件返修

潘慶國

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖241007）

1 概述

現階段BGA 的引腳數量在不斷的增大，在對精細引腳進行裝配的過程中，很容易發生偏移以及漏焊等情況，發生這種現象，使用手工工具實施修理非常困難，需要通過BGA 返修工作站同時按照相應的返修技術來實現。現階段BGA 器件在航空航天方面的運用非常普遍，因此，我們應該對BGA 的返修工藝給予足夠的關注。

2 BGA 封裝技術的特征

2.1 PBGA（塑料封裝的BGA）。這種封裝按基板的使用比較普遍，它使用的電極材料是63Sn／37Pb 按照一定比例配成的焊錫球，焊錫的熔點是183℃。PBGA 的外殼是使用塑料材料進行封裝的，非常容易吸收空氣中的水分，因此在開啟封口之后，通常情況下需要在8 個小時之內使用，如果沒有及時使用的話，就需要在進行貼裝之前，對其實施烘干處理。在進行焊接的過程中，芯片的溫度會突然升高，這種情況使得芯片里面的潮氣氣化，從而造成芯片的塑料外殼發生膨脹甚至破裂的現象，導致PBGA 功能受到破壞或者是失去其具有的作用。

2.2 CBGA（陶瓷封裝的BGA）。這種封裝按基板所使用的電極材料為90Pb／10Sn 按照一定比例配成的合金焊球（這種合金焊球的熔點是302℃。它跟SMB 焊盤連接處焊接之后，其焊錫依舊是63Sn／37Pb 的合金成分，且其熔點是183℃。），CBGA具有很好的抗腐蝕性，同時不容易吸收空氣中的水分，而且在焊接的部分，其具有很強的機械抗拉能力，所以，使用CBGA 在很大程度上提高了BGA 在電子裝聯方面的可靠和穩定。

2.3 TBGA（載帶狀封裝的BGA）。這種類型的封裝按基板在環境溫度方面的標準非常嚴格，由于在溫度受熱的情況下，熱張力主要是在4 個角上面，要是沒有掌控好溫度的話，就很容易造成芯片基材出現彎曲甚至斷裂的狀況。

3 紅外加熱返修系統（ersa HR600 暗紅外返修系統，如圖）的特點

第一，運用多重真閉環控制，可以有效的避免附近的敏感原件受熱溫度過大的情況，同時避免底部的原件掉落，提高返修工作的安全可靠性；第二，能夠進行返修的原件種類比較普遍，最小尺寸的元件長度可以實現1mm×1mm，最大尺寸的元件長度可以實現50mm×50mm；第三，能夠進行返修的電路板面積增大，最大尺寸的電路板面積可以實現390mm×390mm；第四，頂部紅外加熱器可以分成兩個加熱器，底部紅外加熱器是由三個加熱器構成的，這種具有多個加熱器的結構可以用于不同大小尺寸的板子。同時在進行操作的時候，更加的簡單便捷，在電腦屏幕的右下角可以顯示事先設定的目標溫度曲線，并且可以實時的顯示和記錄返修期間元件的現實溫度狀況，與此同時，還有25 倍的光學變焦以及12 倍的數碼變焦這種高質量的攝像機組，來對返修過程中的元件焊點情況以及變化實施相應的監視和記錄。

ersa HR600 暗紅外返修系統

4 BGA 返修工藝

BGA 能夠承受的溫度，通常情況下在240℃到260℃之間，對于BGA 返修的技術來說，返修的工藝曲線應該跟流焊的溫度曲線相像，同時在進行加熱的過程中，需要保障溫度的勻稱性，避免PCB 的發生形狀改變的情況，給BGA 的焊接質量帶來不好的影響。

不同的BGA 因為其封裝材料、結構還有厚度的區別，吸收熱量的狀況也是不相同的，所以會對BGA 焊接溫度的曲線帶來一定程度的影響，所以，對于不同的BGA 來說，在其返修過程中，需要設定不一樣的溫度，同時選用不一樣的溫度曲線，在根本上保證焊接的質量。想要科學合理的提高以及優化BGA 的返修溫度曲線，需要在返修前設定相應的溫度參數，對BGA 底部的溫度曲線進行測量，同時不斷的實施相應的調整，從而得到最好的焊接溫度曲線。

4.1 BGA 的拆卸。在拆卸BGA 器件時可以采用紅外加熱返修系統，通過紅外加熱頭將熱量傳導到BGA 封裝體，進而傳遞至焊點，等到所有焊點熔化后，通過使用系統真空吸嘴拆卸BGA 器件。

但是，為了保證在加熱的過程中，所有熱點融化溫度比較均勻。因此需要設定精確的溫度曲線，并且需要一塊同樣的PCB 試驗板，在返修位置的PCB 鉆孔找到相應的BGA 焊點，然后再將熱電偶放在焊點上，使用設定好的加熱溫度曲線并記錄焊點的溫度變化狀況。

4.2 焊盤的整理。在返修BGA 之前，要對焊盤進行清理，通過清理焊盤，可以提高表面的可焊性與共平面性，同時需要對BGA 器件上的焊點進行相應的整理。對于焊盤的整理工作需要專業的工作人員進行整理，保障返修工作的順利。

對于焊盤的整理有多種多樣的方法，通常情況下可以使用鏟形電烙鐵頭對焊點進行整平處理并且要重新上一層錫，同時要保障焊接的速度防止表面產生氧化物，在焊點整理過后要及時進行清洗，為后續的返修工作提供較大的便利。

4.3 BGA 植球。BGA 植球需要通過采用治具法進行。對于不同類型封裝的BGA 器件所使用的治具不同。首先需要在BGA 上的模板上涂助焊劑，將預成型錫球放置在BGA 上，然后去掉多余的材料，進行回流焊接，完成BGA 植球。

4.4 BGA 貼片。通過對BGA 進行貼片保障芯片上的焊錫球可以與PCB 上的焊盤對應。在進行貼片操作時，需要使用紅外加熱返修系統，該系統可以自動拾取芯片，并可以進行準確平穩的貼片操作，防止出現貼片位置不準的情況影響返修工作的質量。

4.5 BGA 焊接。（1）預熱區。對于預熱區來說，進行溫度曲線的設定的時候應注意，嚴格控制升溫速率盡量不超過3℃／s，防止因為PCB 單面受熱過快導致出現變形等情況。其次要進行預熱工作，防止助焊劑與焊錫膏出現回流等情況，盡量保持預熱溫度一般為120℃～150℃。（2）活化區。對于活化區來說，進行溫度曲線的設定的時候應注意，要及時除去BGA 焊球表面、焊盤表面以及錫膏表面的氧化物，保障BGA 焊接質量。其中對于溫度要求應該與BGA 底部焊盤位置的溫度相同，使SnPb 焊料在150℃～180℃保持60s～180s。使BGA 底部焊盤位置溫度均勻，并保持PCB 底部溫度在160℃左右，防止PCB 出現變形。（3）回流區。對于回流區來說，進行溫度曲線的設定的時候應注意，設置SnPb 焊料的回流區溫度最大值為210℃，同時為了保障焊接質量，熔點溫度以上要保持60s～120s。為了防止PCB 變形要使PCB 底部溫度保持在200℃左右。（4）冷卻區。對于冷卻區來說，進行溫度曲線的設定的時候應注意使PCB 和BGA 兩個芯片的溫度慢慢降下來，冷卻速度盡量低于6℃/s。

4.6 PCB 的清洗。通常情況下，清洗BGA 類PCB 的時候不會選擇手洗，由于選擇這種方式沒有辦法清洗被BGA 器件遮住的焊點以及PCB 的表面，殘留的焊渣以及助焊劑有可能會腐蝕PCB，同時還會削弱PCB 的電性能。因此，清洗過程中需要使用專門的裝置，采取水流噴射結合清洗劑的方法，對PCB 實施全面清潔，這樣才可以符合所需要的潔凈標準。

5 結論

在實際工作中，返修作業中如對原BGA 焊接工藝（材料、溫度等）未能完全掌握切勿貿然實施返修作業，否則極易造成返修失敗導致整個產品性能下降或報廢，因此生產中一定要按照對設備以及返修產品的特性分析，通過科學的工藝路線、溫度曲線等關鍵參數的合理設計，可以完成各類BGA 器件的返修，達到和恢復原電子產品的設計性能指標。