BGA.docx

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BGA

BGA

BGA的全稱是BallGridArray（球柵陣列結構的PCB），它是集成電路採用有機載板的一種封裝法。

它具有：

①封裝面積減少②功能加大，引腳數目增多③PCB板溶焊時能自我居中，易上錫④可靠性高⑤電性能好，整體成本低等特點。

有BGA的PCB板一般小孔較多，大多數客戶BGA下過孔設計為成品孔直徑8~12mil，BGA處表面貼到孔的距離以規格為31.5mil為例，一般不小於10.5mil。

BGA下過孔需塞孔，BGA焊盤不允許上油墨，BGA焊盤上不鑽孔。

目錄

概念簡介

結構特點

1.PBGA

2.CBGA

3.FCBGA

4.CCGA

5.TBGA

工藝簡介

1.普通返修

2.BGA返修

3.植球工藝

質量控制

1.技術簡介

2.存在問題

3.檢測方式

4.常見缺陷

5.結束語

主要工藝

維修設備

BGA處理

展開

概念簡介

結構特點

1.PBGA

2.CBGA

3.FCBGA

4.CCGA

5.TBGA

工藝簡介

1.普通返修

2.BGA返修

3.植球工藝

質量控制

1.技術簡介

2.存在問題

3.檢測方式

4.常見缺陷

5.結束語

主要工藝

維修設備

BGA處理

展開

概念簡介

BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分佈在封裝下面，BGA技術的優點是I/O引腳數雖然增加了，但引腳間距並沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術有所減少；寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。

說到BGA封裝就不能不提Kingmax公司的專利TinyBGA技術，TinyBGA

BGA拆焊機

英文全稱為TinyBallGridArray（小型球柵陣列封裝），屬於是BGA封裝技術的一個分支。

是Kingmax公司於1998年8月開發成功的，其芯片面積與封裝面積之比不小於1:

1.14，可以使內存在體積不變的情況下內存容量提高2～3倍，與TSOP封裝產品相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。

BGA封裝（7張）

結構特點

PBGA

（PlasricBGA）載體為普通的印製板基材,一般為2~4層有機材料構成的多層板，芯片通過金屬絲壓焊方式連接到載體上表面，塑料模壓成形載體表面連接有共晶焊料球陣列。

例如Intel系列CPU中PemtiumII、III、IV處理器均採用這種封裝方式。

又有CDPBGA（CarityDownPBGA），指封裝中央有方形低陷的芯片區（又稱：

空腔區）。

優點：

封裝成本相對較低;和QFP相比，不易受到機械損傷;適用大批量的電子組裝;字體與PCB基材相同，熱膨脹係數幾乎相同，焊接時，對函電產生應力很小，對焊點可靠性影響也較少。

缺點：

容易吸潮。

CBGA

（CeramicBGA）載體為多層陶瓷，芯片與陶瓷載體的連接可以有兩種形式：

金屬絲壓焊;倒裝芯片技術。

例如Intel系列CPU中PemtiumI、II、PemtiumIPro處理器均採用這種封裝方式。

優點：

電性能和熱性能優良;既有良好的密封性;和QFP相比，不易受到機械損傷;適用於I/O數大於250的電子組裝。

缺點：

與PCB相比熱膨脹係數不同，封裝尺寸大時，導致熱循環函電失效。

FCBGA

（FilpChipBGA）採用硬質多層基板。

CCGA

CCGA是CBGA尺寸大於在32*32mm時的另一種形式，不同之處在於採用焊料柱代替焊料球。

焊料柱採用共晶焊料連接或直接澆注式固定在陶瓷底部。

優缺點與CCGA大體相同，不同在於焊料柱能夠承受CTE不同所產生的應力，能夠應用在大尺寸封裝。

TBGA

載體採用雙金屬層帶，芯片連接採用倒裝技術實現。

優點：

可以實現更輕更小封裝;適合I/O數可以較多封裝;有良好的電性能;適於批量電子組裝;焊點可靠性高。

缺點：

容易吸潮;封裝費用高。

工藝簡介

普通返修

普通SMD返修系統的原理：

採用熱氣流聚集到表面組裝器件（SMD）的引腳和焊盤上，使焊點融化或使焊膏回流，以完成拆卸和焊接功能。

不同廠家返修系統的相異之處主要在於加熱源不同，或熱氣流方式不同，有的噴嘴使熱風在SMD的上方。

從保護器件的角度考慮，應選擇氣流在PCB四周流動比較好，為防止PCB翹曲還要選擇具有對PCB進行預熱功能的返修系統。

BGA返修

使用HT996進行BGA的返修步驟：

1：

拆卸BGA

把用烙鐵將PCB焊盤殘留的焊錫清理乾淨、平整，可採用拆焊編織帶和扁鏟形烙鐵頭進行清理，操作時注意不要損壞焊盤和阻焊膜。

用專用清洗劑將助焊劑殘留物清洗乾淨。

2：

去潮處理

由於PBGA對潮氣敏感，因此在組裝之前要檢查器件是否受潮，對受

精密維修系統

潮的器件進行去潮處理。

3：

印刷焊膏

因為表面組裝板上已經裝有其他元器件，因此必須採用BGA專用小模板，模板厚度與開口尺寸要根據球徑和球距確定，印刷完畢後必須檢查印刷質量，如不合格，必須將PCB清洗乾淨並涼乾後重新印刷。

對於球距為0.4mm以下的CSP，可以不印焊膏，因此不需要加工返修用的模板，直接在PCB的焊盤上塗刷膏狀助焊劑。

需要拆元件的PCB放到焊爐裡，按下再流焊鍵，等機器按設定的程式走完，在溫度最高時按下進出鍵，用真空吸筆取下要拆下的元件，PCB板冷卻即可。

4：

清洗焊盤

用烙鐵將PCB焊盤殘留的焊錫清理乾淨、平整，可採用拆焊編制帶和扁鏟形烙鐵頭進行清理，操作時注意不要損壞焊盤和阻焊膜。

5：

去潮處理

由於PBGA對潮氣敏感，​​因此在組裝之前要檢查器件是否受潮，對受潮的器件進行去潮處理。

6：

印刷焊膏

因為表面組裝板上已經裝有其他元器件，因此必須採用BGA專用小模板，模板厚度與開口尺寸要根據球徑和球距確定，印刷完畢後必須檢查印刷質量，如不合格，必須將PCB清洗乾淨並涼乾後重新印刷。

對於球距為0.4mm以下的CSP，可以不印焊膏，因此不需要加工返修用的模板，直接在PCB的焊盤上塗刷膏狀助焊劑。

7：

貼裝BGA

如果是新BGA，必須檢查是否受潮，如果已經受潮，應進行去潮處理後再貼裝。

拆下的BGA器件一般情況可以重複使用，但必須進行植球處理後才能使用。

貼裝BGA器件的步驟如下：

A：

將印好焊膏的表面組裝板放在工作台上

B：

選擇適當的吸嘴，打開真空泵。

將BGA器件吸起來，BGA器件底部與PCB焊盤完全重合後將吸嘴向下移動，把BGA器件貼裝到PCB上，然後關閉真空泵。

8：

再流焊接

設置焊接溫度可根據器件的尺寸，PCB的厚度等具體情況設置，BGA的焊接溫度與傳統SMD相比，要高出15度左右。

9：

檢驗

BGA的焊接質量檢驗需要X光或超聲波檢查設備，在沒有檢查設備的的情況下，可通過功能測試判斷焊接質量，也可憑經驗進行檢查。

把焊好的BGA的表面組裝板舉起來，對光平視BGA四周，觀察是否透光、BGA四周與PCB之間的距離是否一致、觀察焊膏是否完全融化、焊球的形狀是否端正、焊球塌陷程度等。

如果不透光，說明有橋接或焊球之間有焊料球；

如果焊球形狀不端正，有歪扭現象，說明溫度不夠，焊接不充分，焊料再流動時沒有充分的發揮自定位效應的作用；

焊球塌陷程度：

塌陷程度與焊接溫度、焊膏量、焊盤大小有關。

在焊盤設計合理的情況下，再流焊後BGA底部與PCB之間距離比焊前塌陷1/5-1/3屬於正常。

如果焊球塌陷太大，說明溫度過高，容易發生橋接。

如果BGA四周與PCB之間的距離是不一致說明四周溫度不均勻。

植球工藝

1：

去處BGA底部焊盤上的殘留焊錫並清洗

用烙鐵將PCB焊盤殘留的焊錫清理乾淨、平整，可採用拆焊編織帶和扁鏟形烙鐵頭進行清理，操作時注意不要損壞焊盤和阻焊膜。

用專用清洗劑將助焊劑殘留物清洗乾淨。

2：

在BGA底部焊盤上印刷助焊劑

一般情況採用高沾度的助焊劑，起到粘接和助焊作用，應保證印刷後助焊劑圖形清晰、不漫流。

有時也可以採用焊膏代替，採用焊膏時焊膏的金屬組分應與焊球的金屬組分相匹配。

印刷時採用BGA專用小模板，模板厚度與開口尺寸要根據球徑和球距確定，印刷完畢必須檢查印刷質量，如不合格，必須清洗後重新印刷。

3：

選擇焊球

選擇焊球時要考慮焊球的材料和球徑的尺寸。

目前PBGA焊球的焊膏材料一般都是63Sn/37Pb，與目前再流焊使用的材料是一致的，因此必須選擇與BGA器件焊球材料一致的焊球。

焊球尺寸的選擇也很重要，如果使用高粘度助焊劑，應選擇與BGA器件焊球相同直徑的焊球；如果使用焊膏，應選擇比BGA器件焊球直徑小一些的焊球。

4：

植球

A）採用植球器法

如果有植球器，選擇一塊與BGA焊盤匹配的模板，模板的開

精密貼片焊接系統

口尺寸應比焊球直徑大0.05--0.1mm，將焊球均勻地撒在模板上，搖晃植球器，把多馀的焊球從模板上滾到植球器的焊球收集槽中，使模板表面恰好每個漏孔中保留一個焊球。

把植球器放置在工作台上，把印好助焊劑或焊膏的BGA器件吸在吸嘴上，按照貼裝BGA的方法進行對準，將吸嘴向下移動，把BGA器件貼裝到植球器模板表面的焊球上，然後將BGA器件吸起來，借助助焊劑或焊膏的黏性將焊球粘在BGA器件相應的焊盤上。

用鑷子夾住BGA器件的外邊框，關閉真空泵，將BGA器件的焊球面向上放置在工作台上，檢查有無缺少焊球的地方，若有，用鑷子補齊。

B）採用模板法

把印好助焊劑或焊膏的BGA器件放置在工作台上，助焊劑或焊膏面向上。

準備一塊BGA焊盤匹配的模板，模板的開口尺寸應比焊球直徑大0.05～0.1㎜，把模板四周用墊塊架高，放置在印好助焊劑或焊膏的BGA器件上方，使模板與BGA之間的距離等於或略小於焊球的直徑，在顯微鏡下對準。

將焊球均勻的撒在模板上，把多馀的焊球用鑷子撥（取）下來，使模板表面恰好每個漏孔中保留一個焊球。

移開模板，檢查並補齊。

C）手工貼裝

把印好助焊劑或焊膏的BGA器件放置在工作台上，助焊劑或焊膏面向上。

如同貼片一樣用鑷子或吸筆將焊球逐個放好。

D）刷適量焊膏法

加工模板時，將模板厚度加厚，並略放大模板的開口尺寸，將焊膏直接印刷在BGA的焊盤上。

由於表面張力的作用，再流焊後形成焊料球。

5：

再流焊接

進行再流焊處理，焊球就固定在BGA器件上了。

6：

焊接後

完成植球工藝後，應將BGA器件清洗乾淨，並儘快進行貼裝和焊接，以防焊球氧化和器件受潮。

質量控制

隨著科學技術的不斷發展，現代社會與電子技術息息相關，超小型移動電話、超小型步話機、便攜式計算機、存儲器、硬盤驅動器、光盤驅動器、高清晰度電視機等都對產品的小型化、輕型化提出了苛刻的要求。

要達到達一目標，就必須在生產工藝、元器件方面著手進行深入研究。

SMT（SurfaceMountTechnology表面安裝）技術順應了這一潮流，為實現電子產品的輕、薄、短、小打下了基礎。

SMT技術進入90年代以來，走向了成熟的階段，但隨著電子產品向便據式/小型化、網絡化和多媒體化方向的迅速發展，對電子組裝技術提出了更高的要求，新的高密度組裝技術不斷湧現，其中BGA（BallGridArray球柵陣列封裝）就是一項已經進入實用化階段的高密度組裝技術。

本文試圖就BGA器件的組裝特點以及焊點的質量控製作一介紹。

技術簡介

BGA技術的研究始於60年代，最早被美國IBM公司採用，但一直到90年代初，BGA才真正進入實用化的階段。

在80年代，人們對電子電路小型化和I/O引線數提出了更高的要求。

雖然SMT使電路組裝具有輕、薄、短、小的特點，對於具有高引線數的精細間距器件的引線間距以及引線共平面度也提出了更為嚴格的要求，但是由於受到加工精度、可生產性、成本和組裝工藝的製約，一般認為QFP（QuadFlatPack方型扁