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BGA元器件及其返修工艺 概述 .KC q$EnG 伴随电子产品向小型化、便携化、网络化和高性能方向发展，对电路组装技术和引线数提出了更高要求，芯片体积越来越小，芯片管脚越来越多，给生产和返修带来了困难。原来中广泛使用（四边扁平封装），封装间距极限尺寸停留在，这种间距其引线轻易弯曲、变形或折断，对应地对组装工艺、设备精度、焊接材料提出严格要求，即使如此，组装窄间距细引线，缺点率仍相当高，最高可达，使大范围应用受到制约。多年出现（ 球栅阵列封装器件），因为芯片管脚不是分布在芯片周围而是分布在封装底面，实际是将封装外壳基板原四面引出引脚变成以面阵布局凸点引脚，这就能够容纳更多数，且能够较大引脚间距如、替换、，很轻易使用和上布线引脚焊接互连，所以不仅能够使芯片在和相同封装尺寸下保持更多封装容量，又使引脚间距较大，从而大大提升了组装成品率，缺点率仅为，方便了生产和返修，所以元器件在电子产品生产领域取得了广泛使用。 qat e 伴随引脚数增加，对于精细引脚在装配过程中出现桥连、漏焊、缺焊等缺点，利用手工工具极难进行修理，需用专门返修设备并依据一定返修工艺来完成。 |MhZ49mB 元器件种类和特征 LdfDBD 元器件种类 vl?6-#Y? 按封装材料不一样，元件 关键有以下多个： G0sNcA （ 塑料封装） 5qBl_ * （ 陶瓷封装）9W|Oc2 陶瓷柱状封装 fSUD （ 载带状封装） iDK(dC （ 或） =sY=c 是现在使用较多，它使用成份焊锡球，焊锡溶化温度约为 u(_=e2e L#h)=+ 表1 PBGA芯片拆封后必需使用期限 9m bGPPNh fScL 敏感性等级 芯片拆封后置放环境条件 拆封后必需使用期限 :6ti 1级 = 30 C , 90% RH 无限制 Y. f2fm 2级 = 30 C , 60% RH 1年 dS GT vM4 3级 = 30 C , 60% RH 168小时 gdXq9 *#61 4级 = 30 C , 60% RH 72小时 dRxKg 5级 = 30 C , 60% RH 二十四小时 /11GI2X/b *- p|mJf &q6yf 焊球成份为 它和连接处焊锡成份仍为 焊锡球高度较高，所以它焊锡溶化温度较高，较不轻易吸潮，且封装更牢靠。芯片底部焊点直径要比上焊盘大，拆除芯片后，焊锡不会粘在焊盘上，见表。 4!kV 4I+ E1 表2 PBGA和CBGA焊接锡球区分 jBQ:kZ-pT u9Y 特征 PBGA CBGA ?9 Bk=TE 焊锡球成份 63Sn/37Pb 90Pb/10Sn !+_J(Cwf X 焊锡球溶化温度 183C 302C S)dczq2Y 溶化前焊锡球直径 0.75毫米 0.88毫米 rz$ hCd3 溶化后焊锡球直径 0.4-0.5毫米 0.88毫米 a.uJK,W :9 pz W_L. : 焊锡柱直径为毫米，柱高度为毫米，焊锡柱间距通常为毫米，焊锡柱成份是。 53Du8* 焊锡球直径为毫米，球间距为毫米。和相比，对环境温度要求控制严格，因芯片受热时，热张力集中在个角，焊接时轻易有缺点。 .H cF*v 芯片封装尺寸仅略大于裸芯片尺寸不超出，这是和关键区分。 较，除了体积小之外，还有更短导电通路、更低电抗性，更轻易达成频率为范围。 eAUYC (nSs!P 2.2 BGA元器件特征 8ze!V 组装损坏率(ppm/管肢) 0.6 100 7 ZV7wO 元件管脚间信号干扰 1.0X 2.25X lHWpsZIQ bU()B KF 概括起来，和相比，特征关键有以下几点： 72knaqB 引线间距大（如，毫米），可容纳数目大（如毫米间距 在毫米边长面积上可容纳个 而毫米间距在毫米边长面积上只容纳 个）。 (Pj_)- h 封装可靠性高（不会损坏管脚），焊点缺点率低（焊点），焊点牢靠。 _wJa$t2G 芯片对中通常由操作人员用肉眼来观察，当管脚间距小于毫米时，对中和焊接十分困难。而芯片脚间距较大，借助对中放大系统，对中和焊接全部不困难。 Ja Mbi7 轻易对大尺寸电路板加工丝网板。 T&LxTVG 管脚水平面同一性较轻易确保 因为焊锡球在溶化以后能够自动赔偿芯片和之间平面误差。 zra(7n 回流焊时，焊点之间张力产生良好自对中效果许可有贴片精度误差。 ITIS2T 有很好电特征，因为引线短，导线自感和导线间互感很低，频率特征好。 y zp;& 能和原有贴装工艺和设备兼容，原有丝印机，贴片机和回流焊设备全部可使用 KDEVE8T 当然，也有缺点，关键是芯片焊接后需射线检验，另外因为管脚呈球状栏栅状排列，需多层电路板布线，使电路板制造成本增加。 !1jP 返修工艺 TBLR#Bj 大多数半导体器件耐热温度为，对于返修系统来说，加热温度和均匀性控制显得很关键。美国集团热风回流焊接及返修系统和 系列返修工作站很好处理了这个问题。 MMGdll52L 本文以美国集团热风回流焊接及返修系统 为例简明说明返修工艺： Mn$x=Xq 拆除芯片 :+;R 拆除芯片假如不计划重新使用，而且可承受高温，拆除芯片可采取较高温度（较短加热周期）。 lbF!TY 清洁焊盘 9kQxB!4 清洁焊盘关键是将拆除芯片后留在表面助焊剂、焊锡膏清理掉，必需使用符合要求清洗剂。为了确保焊接可靠性，通常不能使用焊盘上旧残留焊锡膏，必需将旧焊锡膏清除掉，除非芯片上重新形成焊锡球。因为芯片体积小，尤其是（ 或），芯片体积更小，清洁焊盘比较困难，所以在返修芯片时，假如周围空间很小，就需使用免清洗焊剂。 KKR!0N2 涂焊锡膏，助焊剂 8A(d2, 在上涂焊锡膏对于返修结果相关键影响。经过选择和芯片相符模板，能够很方便地将焊锡膏涂在电路板上。用集团设备微型光学对中系统能够方便地检验焊锡膏是否涂均匀。处理芯片，有种焊锡膏能够选择：焊锡膏，非清洗焊锡膏，水剂焊锡膏。使用焊锡膏，回流时间可略长些，使用非清洗焊锡膏，回流温度应选低些。 tU2dClrJ 贴片 TT1!o: 贴片关键目标是使芯片上每一个焊锡球和上每一个对应焊点对正。因为芯片焊点在肉眼不能观察到部位，所以必需使用专门设备来对中。可进行正确对中。 tx%RRjxAU 热风回流焊 i,),hE.aEX 热风回流焊是整个返修工艺关键。其中，有多个问题比较关键： tB7d* Y ）芯片返修回流焊曲线应该和芯片原始焊接曲线靠近，热风回流焊曲线可分成四个区间：预热区，加热区，回流区，冷却区，四个区间温度，时间参数能够分别设定，经过和计算机连接，能够将这些程序存放和随时调用。 NdkW e ）在回流焊过程中要正确选择各区加热温度和时间，同时应注意升温速度。通常，在以前，最大升温速度不超出 秒，以后最大升温速度不超出 秒， 在冷却区，最大冷却速度不超出秒。因为过高升温速度和降温速度全部可能损坏和芯片，这种损坏有时是肉眼不能观察到。不一样芯片，不一样焊锡膏，应选择不一样加热温度和时间。如芯片回流温度应高于回流温度，应较焊锡膏选择更高回流温度。对免洗焊膏，其活性低于非免洗焊膏，所以，焊接温度不宜过高，焊接时间不宜过长，以预防焊锡颗粒氧化。 ）热风回流焊中，板底部必需能够加热。这种加热目标有二个：避免因为板单面受热而产生翘曲和变形；使焊锡膏溶化时间缩短。对大尺寸板返修，这种底部加热尤其关键。返修设备底部加热方法有种，一个是热风加热，一个是红外加热。热风加热优点是加热均匀，通常返修工艺提议采取这种加热。红外加热缺点是受热不均匀。 m k6aY ）要选择好热风回流喷嘴。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芯片上各焊点焊锡同时溶化。美国集团首先发明这种喷嘴，它将元件密封，确保在整个回流过程中有稳定温度环境，同时可保护相邻元件不被对流热空气加热损坏（图所表示）。 cxS4qE Hcqq*w 图1 OK集团热风回流喷嘴 xS-$_D9B SkEe14x /yTp,B 结束语 |F V7tP 在电子产品尤其是电脑和通信类电子产品生产领域，元器件向微小型化、多功效化、绿色化发展，各式封装技术不停涌现，是当今封装技术主流。元器件优势在于深入提升元器件集成度，并缩小其封装尺寸，所以提升了高密度贴装技术水平，十分适合电子产品轻、薄、短、小及功效多样化发展方向。 Vk|=t3J+ 为满足快速增加对元器件电路板组装需求和生产者对丝网印刷、对中贴片和焊接过程控制精度要求，提升组装焊接及返修质量，需选择更安全、愈加快、更便捷组装和返修设备及工艺。