深圳昭宏博信電子教大家如何提高芯片BGA接焊成功率

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隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，電子元件朝著(zhù)小型化和高度集成化的方向發(fā)展。BGA元件已越來(lái)越廣泛地應用到SMT裝配技術(shù)中，并且隨著(zhù) BGA和CSP的出現，SMT裝配的難度愈來(lái)愈大，工藝要求也愈來(lái)愈高。由于BGA的返修難度頗大，故實(shí)現BGA的良好焊接是放在所有SMT工程人員面前的一個(gè)課題。


BGA的保存及使用環(huán)境


BGA元件是一種高度的濕度敏感元件，所以BGA必須在恒溫干燥的條件下保存，操作人員應該嚴格遵守操作工藝流程，避免元器件在裝配前受到影響。一般來(lái)說(shuō)，BGA的較理想的保存環(huán)境為20℃~25℃，濕度為小于10%RH（有氮氣保護措施更佳）。
大多數情況下，在元器件的包裝未被打開(kāi)前會(huì )注意到BGA的防潮處理，同時(shí)也應該注意到元器件包裝被打開(kāi)后用于安裝和焊接的過(guò)程中不可以暴露時(shí)間過(guò)長(cháng)，以防止元器件受到影響而導致焊接質(zhì)量的下降或元器件的電氣性能的改變。表1濕度敏感的等級分類(lèi)，它顯示了在裝配過(guò)程中，一旦密封的防潮包裝被打開(kāi)，元器件必須被用于安裝、焊接的相應的時(shí)間。一般說(shuō)來(lái)，BGA屬于5級以上。
如果在元器件儲藏于氮氣的條件下，那么使用的時(shí)間可以相對延長(cháng)。大約每4~5小時(shí)的干燥氮氣的作用，可以延長(cháng)1小時(shí)的空氣暴露時(shí)間。
在裝配的過(guò)程中常常會(huì )遇到這樣的情況，即元器件的包裝被打開(kāi)后無(wú)法在相應的時(shí)間內使用完畢，而且暴露的時(shí)間超過(guò)了規定的時(shí)間。那么在下一次使用之前為了使元器件具有良好的可焊性，建議對BGA元件進(jìn)行烘烤。烘烤條件如下：溫度一般為125 ℃（請參考元器件供應商提供的數據），相對濕度≤60% RH。烘烤的溫度最好不要超過(guò)125 ℃，因為過(guò)高的溫度會(huì )造成錫球和元器件連接處金相組織的變化。當這些元器件進(jìn)入回流焊的階段時(shí)，容易引起錫球與元器件封裝處的脫節，造成SMT裝配的質(zhì)量問(wèn)題，卻會(huì )被認為是元器件本身的質(zhì)量問(wèn)題造成的。但如果烘烤的溫度過(guò)低，則無(wú)法起到除濕的作用。在條件允許的情況下，建議在裝配前將元器件烘烤一下，有利于消除BGA的內部濕氣，并且提高BGA的耐熱性，減少元器件進(jìn)入回流焊受到的熱沖擊對器件的影響。BGA元器件在烘烤后取出，自然冷卻半小時(shí)后才能進(jìn)行裝配作業(yè)。


BGA 的焊接工藝要求
在BGA的裝配過(guò)程中，每一個(gè)步驟，每一樣工具都會(huì )對BGA的焊接造成影響。

1.焊膏印刷
焊膏的優(yōu)劣是影響SMT生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節。選擇焊膏通常會(huì )考慮以下幾個(gè)方面：良好的印刷性；良好的可焊性；低殘留物。一般來(lái)說(shuō)，采用焊膏的合金成分為含錫63%和含鉛37%的低殘留物型焊膏。
表2顯示了如何根據元器件的引腳間距選擇相應的焊膏�？梢钥闯鲈�器件的引腳間距越細，焊膏的錫粉顆粒越小，相對來(lái)說(shuō)印刷效果較好。但并不是選擇焊膏時(shí)錫粉顆粒越小越好，因為從焊接效果來(lái)說(shuō)，錫粉顆粒大的焊膏焊接效果要比錫粉顆粒小的焊膏好。因此，在選擇焊膏時(shí)要從各方面因素綜合考慮。由于BGA的引腳間距較小，絲網(wǎng)模板開(kāi)孔較小，所以應采用顆粒直徑為45 M以下的焊膏，以保證獲得較良好的印刷效果。
印刷的絲網(wǎng)模板一般采用不銹鋼材料。由于BGA元器件的引腳間距較小，故而鋼板的厚度較薄。一般鋼板的厚度為0.12 mm ~0.15mm。 BGA和CSP的引腳間距更小，鋼板厚度更薄。鋼板的開(kāi)口視元器件的情況而定，通常情況下鋼板的開(kāi)口略小于焊盤(pán)。例如：外型尺寸為35mm，引腳間距為1.0 mm的PBGA，焊盤(pán)直徑為23 mil。一般將鋼板的開(kāi)口的大小控制在21 mil。
在印刷時(shí)，通常采用不銹鋼制的60度金屬刮刀。印刷的壓力控制在3.5kg ~ 10kg的范圍內。壓力太大和太小都對印刷不利。印刷的速度控制在10 mm/秒 ~ 25 mm/秒之間，元器件的引腳間距愈小，印刷速度愈慢。印刷后的脫離速度一般設置為1 mm/秒，如果是 BGA或CSP器件脫模速度應更慢，大約為0.5 mm/秒。
另外，在印刷時(shí)要注意控制操作的環(huán)境。工作的場(chǎng)地溫度控制在25℃左右，濕度控制在55%RH左右。印刷后的PCB盡量在半小時(shí)以?xún)冗M(jìn)入回流焊，防止焊膏在空氣中暴露過(guò)久而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2.器件的放置

BGA的準確貼放很大程度上取決于貼片機的精確度，以及鏡像識別系統的識別能力。就目前市場(chǎng)上各種品牌的多功能貼片機而言，能夠放置BGA的貼片機其貼片的精確度均達到了0.001 mm左右，所以在貼片精度上不會(huì )存在問(wèn)題。只要BGA器件通過(guò)鏡像識別，就可以準確的安放在印制線(xiàn)路板上。
然而有時(shí)通過(guò)鏡像識別的BGA并非100%焊球良好的器件，有可能某個(gè)焊球在Z方向上略小于其他焊球。為了保證焊接的良好性，通�？梢詫�BGA的器件高度減去1 ~ 2 mil，同時(shí)使用延時(shí)關(guān)閉真空系統約400毫秒，使BGA器件在安放時(shí)其焊球能夠與焊膏充分接觸。這樣一來(lái)就可以減少BGA某個(gè)引腳空焊的現象。
對于 BGA和CSP器件不建議采用上述方法，以防止出現橋接等不良焊接現象的產(chǎn)生。

3. 回流焊接
回流焊接是BGA裝配過(guò)程中最難控制的步驟。因此獲得較佳的回流曲線(xiàn)是得到BGA良好焊接的關(guān)鍵所在。

●預熱階段
在這一段時(shí)間內使PCB均勻受熱升溫，并刺激助焊劑活躍。一般升溫的速度不要過(guò)快，防止線(xiàn)路板受熱過(guò)快而產(chǎn)生較大的變形。盡量將升溫速度控制在3℃/秒以下，較理想的升溫速度為2℃/秒。時(shí)間控制在60 ~ 90 秒之間。

●浸潤階段
這一階段助焊劑開(kāi)始揮發(fā)。溫度在150℃~ 180℃之間應保持60 ~ 120 秒，以便助焊劑能夠充分發(fā)揮其作用。升溫的速度一般在0.3 ~ 0.5℃/秒。

●回流階段
這一階段的溫度已經(jīng)超過(guò)焊膏的熔點(diǎn)溫度，焊膏熔化成液體，元器件引腳上錫。該階段中溫度在183℃以上的時(shí)間應控制在60 ~ 90 秒之間。如果時(shí)間太少或過(guò)長(cháng)都會(huì )造成焊接的質(zhì)量問(wèn)題。其中溫度在220 +/- 10 ℃范圍內的時(shí)間控制相當關(guān)鍵，一般控制在10~ 20 秒為最佳。

●冷卻階段
這一階段焊膏開(kāi)始凝固，元器件被固定在線(xiàn)路板上。同樣的是降溫的速度也不能夠過(guò)快，一般控制在4℃/秒 以下，較理想的降溫速度為3℃/秒。由于過(guò)快的降溫速度會(huì )造成線(xiàn)路板產(chǎn)生冷變形，它會(huì )引起BGA焊接的質(zhì)量問(wèn)題，特別是BGA外圈引腳的虛焊。
在測量回流焊接的溫度曲線(xiàn)時(shí)，對于BGA元件其測量點(diǎn)應在BGA引腳與線(xiàn)路板之間。盡量不要用高溫膠帶，而采用高溫焊錫焊接固定，以保證獲得較為準確的曲線(xiàn)數據。
總之，BGA的焊接是一門(mén)十分復雜的工藝，它還受到線(xiàn)路板設計，設備能力等各方面因素的影響，只顧及某一方面是遠遠不夠的。還要在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中需要不斷研究和探索，努力控制影響BGA焊接的各項因素，從而使BGA焊接能達到最好效果。