隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子組件朝著小型化和高密集成化的方向發(fā)展。BGA組件已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到SMT裝配技中來(lái)，并且隨著uBGA和CSP的出現(xiàn)，SMT加工裝配的難度是愈來(lái)愈大，工藝要求也愈來(lái)愈高。由于BGA的返修的難度頗大，故實(shí)現(xiàn)BGA的良好焊接是放在所有SMT工程人員的一個(gè)課題。這里就BGA的保存和使用環(huán)境以及焊接工藝等兩大方面同大家討論。

　　BGA的保存及使用

　　BGA組件是一種高度的溫度敏感組件，所以BGA必須在恒溫干燥的條件下保存，操作人員應(yīng)該嚴(yán)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200C-250C,濕度小于10%RH(有氮?dú)獗Ｗo(hù)更佳)。

　　大多數(shù)情況下，我們?cè)谠骷陌b未打開(kāi)前會(huì)注意到BGA的防潮處理，同時(shí)我們也應(yīng)該注意到元器件包裝被打后用于安裝和焊接的過(guò)程中不可以暴露的時(shí)間，以防止元器件受到影響而導(dǎo)致焊接質(zhì)量的下降或元器件的電氣性能的改變。下表為濕度敏感的等級(jí)分類，它顯示了在裝配過(guò)程中，一旦密封防潮包裝被開(kāi)，元器件必須被用于安裝，焊接的相應(yīng)時(shí)間。一般說(shuō)來(lái)，BGA屬于5級(jí)以上的濕度敏感等級(jí)。

　　表1 濕度敏感等級(jí)。

　　等級(jí)    時(shí)間      時(shí)間

　　1       無(wú)限制     ≤30oC/85% RH

　　2     一年      ≤30oC/60% RH

　　2a      四周      ≤30oC/60% RH

　　3       168小時(shí)   ≤30oC/60% RH

　　4       72小時(shí)     ≤30oC/60% RH

　　5       48小時(shí)    ≤30oC/60% RH

　　5a      24小時(shí)     ≤30oC/60% RH

　　6    按標(biāo)簽時(shí)間規(guī)定  ≤30oC/60% RH

　　如果在元器件儲(chǔ)藏于氮?dú)獾臈l件下，那么使用的時(shí)間可以相對(duì)延長(zhǎng)。大約每4-5小時(shí)的干燥氮?dú)獾淖饔茫梢匝娱L(zhǎng)1小時(shí)的空氣暴露時(shí)間。

　　在裝配的過(guò)程中我們常常會(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(yīng)的時(shí)間內(nèi)使用完畢，而且暴露的時(shí)間超過(guò)了表1中規(guī)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，我們建議對(duì)BGA組件進(jìn)行烘烤。烘烤條件下：溫度為125度，相對(duì)相濕度≤60% RH，烘烤時(shí)間參考表2。

　　烘烤的溫度最不要超過(guò)125度，因?yàn)檫^(guò)高的溫度會(huì)造成錫球與元器件連接處金相組織變化，而當(dāng)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(jié)，造成SMT裝配質(zhì)量問(wèn)題，我們卻會(huì)認(rèn)為是元器件本身的質(zhì)量問(wèn)題造成的。但果烘烤的溫度過(guò)低，則無(wú)法起到除濕的作用。在條件允許情況下，我們建議在裝配前將元器件烘烤下，有利于消除BGA的內(nèi)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(duì)器件的影響。BGA元器件在烘烤后取出，自然冷卻半小時(shí)才能進(jìn)行裝配作業(yè)。

　　表2 烘烤時(shí)間

　　封裝厚度 濕度敏感等級(jí) 烘烤時(shí)間

　　≤1.4MM 2a 4小時(shí)

　　3 7小時(shí)

　　4 9小時(shí)

　　5 10小時(shí)

　　5a 14小時(shí)

　　≤2.0MM 2a 18小時(shí)

　　3 24小時(shí)

　　3 31小時(shí)

　　5a 37小時(shí)

　　≤4.0MM 2a 48小時(shí)

　　3 48小時(shí)

　　3 48小時(shí)

　　3 48小時(shí)

　　5a 48小時(shí)

　　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(duì)BGA的焊接造成影響。

　　1.焊膏印刷

　　焊膏的優(yōu)劣是影響表面裝貼生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。選擇焊膏通常會(huì)考慮下幾個(gè)方面：良好的印刷性好的可焊性好的可焊性低殘留物。一般來(lái)說(shuō)，我們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3顯示了如何根據(jù)元器件的引腳間距選擇相應(yīng)的焊膏。從表中可以看出元器件的引腳間別具匠心越，焊膏的錫粉顆越小，相對(duì)來(lái)說(shuō)印刷較發(fā)好。但并不是說(shuō)選擇焊膏錫粉顆越小越好，因?yàn)閺暮附有Ч麃?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，我們?cè)谶x擇時(shí)要從各方面因素綜合考慮。由于BGA的引腳間較小，絲網(wǎng)模板開(kāi)孔較小，所以我們采用直徑為45M以下的焊膏，以保證獲得良好的印刷效果。

　　表3 焊膏錫粉形狀與顆粒直徑

　　引腳間距(MM) 1.27 1 0.8 0.65 0.5 0.4

　　錫粉形狀 非球型 球型 球型 球型

　　顆粒直徑(um) 22-63 22-63 22-63 22-38

　　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0.12MM-0.15MM。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，引腳間別具匠心為1.0MM的PBGA，焊肋直徑為23MIL。我們一般將鋼板的開(kāi)口的大小控制在21MIL.

　　在印刷時(shí)，通常采用不銹鋼制的60度金屬刮刀。印刷的壓力控制有3.5KG-10KG的范圍內(nèi)。壓力太大和太小都對(duì)印刷不利。印刷的速度控制在10MM/SEC-25MM/SEC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(shè)置為1MM/SEC之間，如果是uBGA或CSP器件脫模速度應(yīng)更慢大約為0.5MM/SEC。另外，在印刷焊要注意控制操作的環(huán)境。工作的場(chǎng)溫度控制在250C左右，溫度控制在55%RH左右。印刷后的PCB盡量在半小時(shí)以內(nèi)進(jìn)入回流焊，防止焊膏在空氣中顯露過(guò)久而影響質(zhì)量。

　　2.SMT加工器件的放置

　　BGA的準(zhǔn)確貼放很大程度上取決于貼片機(jī)的精確度，以及鏡像識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別能力。就目前市場(chǎng)上各種品牌的多功能貼片機(jī)而言，能夠放置BGA的貼片機(jī)其貼片的精確度達(dá)到0.001MM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(shí)別，就可以準(zhǔn)確的安放在印制線路板上。

　　然而有時(shí)通過(guò)鏡像識(shí)別的BGA并非100%的焊球良好的器件，有可能某個(gè)焊球的Z方向上略小于其它焊球。為了保證焊接的良好性，我們的通?？梢詫GA的器件厚度減去1-2MM，同時(shí)便用延里關(guān)閉真空系統(tǒng)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(xiàn)象。

　　不過(guò)，對(duì)于u BGA和CSP的器件我們不建議采用目述方法，以防止出現(xiàn)焊接不良的焊接現(xiàn)象的產(chǎn)生。

　　3. 回流焊

　　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風(fēng)線是得到BGA良好焊接的關(guān)鍵所在。

　　★ 預(yù)熱階段

　　在這一段時(shí)間內(nèi)使PCB均勻受熱溫，并刺激助焊劑活躍。一般升溫的速度不要過(guò)快，防止線路弧受熱過(guò)快而產(chǎn)生較大的變形。我們盡量升溫度控制在30C/SEC以下,較理想的升溫速度為20C/SEC。時(shí)間控制在60-90秒之間。

　　★ 浸潤(rùn)階段

　　這一階段助焊劑開(kāi)始揮發(fā)。溫度在1500C-1800C之間應(yīng)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0.3-0.50C/SEC。

　　★ 回流階段

　　這一階段的溫度已經(jīng)超過(guò)焊膏的溶點(diǎn)溫度，焊膏溶化成液體，元器件引腳上錫。該階段中溫度在1830C以上的時(shí)間應(yīng)控制在60-90秒之間。如果時(shí)間太少或過(guò)長(zhǎng)都會(huì)造成焊接的質(zhì)量問(wèn)題。其中溫度在210-2200C范圍內(nèi)的時(shí)間控制相當(dāng)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，元器件被固定在線路板上。同樣的是降溫的速度也不能夠過(guò)快，一般控制在40C/SEC以下，較理想的降溫速度為30C/SEC。由于過(guò)快的降溫速度會(huì)造成線路板產(chǎn)生冷變形，它會(huì)引起B(yǎng)GA焊接的質(zhì)量問(wèn)題，特別是BGA外圈引腳的虛焊。

　　在測(cè)量回流焊接的溫度曲線時(shí)，對(duì)于BGA組件其測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在BGA引腳與線路板之間。BGA盡量不要用高溫膠帶，而采用高溫焊錫焊接與熱電偶相固定，以保證獲得較為準(zhǔn)確的曲線數(shù)據(jù)。

　　總之BGA的焊接是一門(mén)十分復(fù)雜的工藝，它還受到線路板設(shè)計(jì)，設(shè)備能力等各方面因素的影響，若只顧及某一方面是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們還要在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中不斷研究和探索，努力控制影響B(tài)GA焊接的各項(xiàng)因素，從而使焊接能達(dá)到最好的效果。