BGA焊接（焊接技术）

BGA焊接

焊接技术

BGA焊接，应用应新兴科技的一种焊接技术，采用的是回流焊的原理，主要应用于电子行业之中。对于BGA的焊接，人们是采用BGA Rework Station（BGA返修工作站）进行焊接的。不同厂商生产的BGA返修工作站采用的工艺原理略有不同，但大致是相同的。这里先介绍一下温度曲线的概念。BGA上的锡球，分为无铅和有铅两种。有铅的锡球熔点在183℃～220℃，无铅的锡球熔点在235℃～245℃。

技术原理

BGA焊接采用的回流焊的原理。这里介绍一下锡球在焊接过程中的回流机理。

当锡球至于一个加热的环境中，锡球回流分为三个阶段：

预热

首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢（大约每秒5°C），以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上升太快，会造成断裂。

助焊剂（膏）活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂（膏）和免洗型助焊剂（膏）都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。

当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点。

回流

这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil（1mil=千分之一英寸），则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。

冷却

冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以太快否则会引起元件内部的温度应力。

工艺方法

在焊接BGA之前，PCB和BGA都要在80℃～90℃，10～20小时的条件下在恒温烤箱中烘烤，目的是除潮，更具受潮程度不同适当调节烘烤温度和时间。没有拆封的PCB和BGA可以直接进行焊接。特别指出，在进行以下所有操作时，要佩戴静电环或者防静电手套，避免静电对芯片可能造成的损害。

在焊接BGA之前，要将BGA准确的对准在PCB上的焊盘上。

这里采用两种方法：光学对位和手工对位。目前主要采用的手工对位，即将BGA的四周和PCB上焊盘四周的丝印线对齐。这里有个诀窍：在把BGA和丝印线对齐的过程中，即使没有完全对齐，即使锡球和焊盘偏离30%左右，依然可以进行焊接。

因为锡球在融化过程中，会因为它和焊盘之间的张力而自动和焊盘对齐。在完成对齐的操作以后，将PCB放在BGA返修工作站的支架上，将其固定，使其和BGA返修工作站水平。选择合适的热风喷嘴（即喷嘴大小比BGA大小略大），然后选择对应的温度曲线，启动焊接，待温度曲线完毕，冷却，便完成了BGA的焊接。

在生产和调试过程中，难免会因为BGA损坏或者其他原因更换BGA。BGA返修工作站同样可以完成拆卸BGA的工作。拆卸BGA可以看作是焊接BGA的逆向过程。所不同的是，待温度曲线完毕后，要用真空吸笔将BGA吸走，之所以不用其他工具，比如镊子，是因为要避免因为用力过大损坏焊盘。

将取下BGA的PCB趁热进行除锡操作（将焊盘上的锡除去），为什么要趁热进行操作呢？因为热的PCB相当与预热的功能，可以保证除锡的工作更加容易。这里要用到吸锡线，操作过程中不要用力过大，以免损坏焊盘，保证PCB上焊盘平整后，便可以进行焊接BGA的操作了。

取下的BGA可否再次进行焊接呢？答案是肯定的。但在这之前有个关键步骤，那就是植球。植球的目的就是将锡球重新植在BGA的焊盘上，可以达到和新BGA同样的排列效果。

质量检查

目前对电路板焊接焊接质量的检查方法有目视法、红外探测法、在线测试法等。在这几种方法中，最经济、最常用的是目视法，它经济方便、简单可行。其它几种方法需一定的设备支持。它们虽投资较大，但可保证高的检查可靠性。

目视法

目视法靠人的眼睛直接观察焊点表面的焊接情况，可检查出润湿性不良、焊锡量不适宜、焊盘脱落、桥接、小锡球溅出、焊点无光泽以及漏焊等焊接缺陷。目视法最简易的工具是放大镜，一般使用带灯的5~10倍固定式放大镜。

它完全适用于密度不高的电路板焊接的检查。这种工具的缺点是检查人员易疲劳，而较好的目视检查仪器是摄像式屏幕显示检查仪，它的放大倍数可调，最多可达80一90倍。它通过CCD把板子的焊接部位显示在屏幕上，人们可以像看电视一样观察屏幕。较高档次的检查仪可在两个方向自动移动电路板焊接，也可自动定位，实现对PCBA关键部位的检查。配上录像机，可记录检查结果。

红外探测法

红外探测法利用红外光束向电路板焊接焊点辐射热量，再检测焊点热量释放曲线是否正常，从而判别该焊点内部是否有空洞，达到间接检查焊接质量的目的。这种检查方法适合于大批量、自动焊接，且焊盘一致性好、元器件体积差别不大的情况。否则，其它因素对于焊点散热特性影响太大。误检率就会增大。由于这种检测方法受到的限制条件较多，毕竟任何一种电路板焊接的焊点大小都会有差别。因此，在电子产品检测中应用较少。

X光透视法

X光透视法利用X光透过焊料的能力没有透过铜、硅、FR一4等材料的能力强的特点来显示焊接厚度、形状及质量的密度分布等。这种检测方法适用于看不到的焊点(即隐性焊接)。它将待测电路板焊接置于X光的通道中，在显示屏上可以看出焊点焊料阻碍X光通过所形成的焊点轮廓。

在线测试法

在线测试法是用在线测试仪实现的，它通过测试仪上称作“针床”的信号连接部件把电路板焊接上的测试点与测试仪连通。可以检查电路板焊接的开路、短路及故障元件，也可检查元件的功能，如电阻电容的数值、晶体管的极性等。通过IC的浮脚测试方法可检查出IC的虚焊管脚。如果电路板的元器件密度大，不好设置所需的测试点，可以利用边界扫描技术，把那些测试点通过设计的测试电路汇集到电路板焊接的边缘连接器，使在线测试仪能测到所需的各个位置的点。

在线测试法是一种电信号测试法。它可以检查电路板焊接的焊装状态，这种检查非常接近于实用情况，一般经过在线测试的电路板焊接就可以装机使用，但它不能给出焊装的质量结果，没有直观地进行焊点可靠性检查。

应用

《高可靠性BGA回流焊接工艺技术研究》借助多种单因子试验分析，确定了对BGA回流焊接工艺影响力较大的影响因素即PCB厚度以及BGA厚度，借助各个影响因子的交互试验分析方法以及宏观技术和微观技术检测手段，最终形成了8种适合目前某军工单位所有BGA类型器件生产焊接的工艺参数。

借助数理统计对试验数据进行分析，以回流区的峰值温度和回流时间作为因变量，印制板的厚度、BGA器件的厚度与面积作为自变量，导出自变量与因变量之间的函数关系，最终得到各个关键因素对BGA生产焊接的影响规律，方便对BGA焊接质量进行把控。

本次《高可靠性BGA回流焊接工艺技术研究》对某军工单位BGA焊接工艺进行了技术研究，最终形成了8条适合目前某军工单位BGA生产焊接的工艺参数，解决了某军工单位采用热风红外回流焊进行BGA回流焊接时，焊接效果不良的工艺技术难题，在提高BGA回流焊接质量以及生产效率的同时，保证了BGA回流焊接质量的高可靠性，提高了军工产品的可靠性。

参考资料

1.高可靠性BGA回流焊接工艺技术研究·知网空间