BGA器件的檢測及返修工藝【非標設備定制】

BGA焊接檢測方法

目前市場上出現的BGA封裝類型主要有：PBGA(塑料BGA)、CBGA(陶瓷BGA)及TBGA(載帶BGA)。BGA基板上的焊球不論是通過高溫焊球轉換，還是采用球射工藝形成，焊球都有可能掉下、丟失，或者成型過大、過小。或者發生焊球連、缺損等情況。因此，需要對BGA的焊接質量進行檢測控制。目前，常用的BGA檢測是按以下三個步驟進行的。

步驟1 邊界掃描測試

用這種方法首先查找開路與短路的缺陷點。具體方法是在電路板的預制點確定一個使信號流入測試板、數據流入ATE的接口。進行實際電連接。如果印制電路板有足夠的空間設定測試點。系統就能快速、有效地查找到開路、短路及故障元件。這就要求在先期進行電路板設計時要預留一定的檢測口。借助測試儀器，采用電測試法也可用來檢查元件的功能。測試儀器一般由微機控制，對一些常用元件，如在檢測二極管、三極管時用直流電平測試儀器；檢測電容、電感時用交流測試儀器；而測試低數值電容及電感、高阻值電阻時用高頻信號測試儀器。

步驟2 邊界掃描測試

邊界掃描是為了解決一些與復雜元件及封裝密度有關的問題。采用邊界掃描技術，將功能線路與檢測線路分離開。并記錄通過元件的檢測數據，以便測試所檢查IC元件上每一個焊接點的開路、短路情況。邊界掃描檢測的優點是通過邊緣連接器給每一個焊點提供一條通路，從而免除全節點查找的麻煩。電測試與邊界掃描檢測都主要用以測試電性能，卻不能較好檢測焊接的質量。為提高并保證生產過程的質量，必須采用×射線測試方法來檢測焊接質量,尤其是不可見焊點的質量。

步驟3 X射線測試

目前，X射線檢測是有效檢測不可見焊點質量的主要方法。由于×射線不能透過焊料，所以X射線透視圖可顯示焊接厚度、形狀及質量的密度分布。厚度與形狀不僅能反映結構質量的指標，在測定開路、短路及焊接缺陷時，也是一項很有用的指標。

檢測方法分為以下兩種：

人工X射線檢測

使用人工X射線檢測設備。需要逐個檢查焊點并確定其是否合格。大多數檢測設備都配有手動或電動輔助裝置使組件傾斜，以便更好地進行檢測和攝像。人工檢測方法的缺陷是容易出錯。此外，人工設備并不適合對全部焊點進行檢測，而只適合作工藝鑒定和工藝故障分析。這一點提請加工單位注意。

自動檢測系統

全自動系統能對全部焊點進行檢測。雖然已定義了人工檢測標準，但全自動系統的檢測正確度比人工×射線檢測方法高得多。自動檢測系統通常用于產量高且品種少的生產設備上；具有高價值或要求可靠性的產品也需要進行自動檢測。

檢測結果與需要返修的電路板要嚴格作到一一對應，送給返修人員。生產廠家還應該對檢測結果及時進行統計，發現問題，改進生產工藝。

當前投放市場的×射線測試儀品種很多。中小企業可以根據自己的產能、加工要求、電路板的形狀和大小靈活選用。最近較新出現的超高分辨率X射線系統在檢測分析缺陷方面已達微米水平，為生產線上發現較隱蔽的質量問題(包括焊接缺陷)提供了較全面的、快捷的解決方法。另外，設備的放置、人員的配置等因素也要加以考慮。

BGA的檢測工作是一項非常細致的工作，對操作人員的素質和經驗都有很高的要求,生產廠家一定要根據實際生產情況，有針對性地制定出詳細的操作工藝。

由于BGA封裝形式與傳統的表面元件不同，其引腳(球)分布在元件體底部，所以BGA的維修方式也不同于傳統的表面元件。BGA返修工藝主要包括以下幾步：

1)預熱電路板、芯片

預熱的主要目的是將潮氣去除。如果電路板和芯片的潮氣很小(如芯片剛拆封)，這一步可以免除。

2)拆除芯片

拆除的芯片如果不打算重新使用，而且電路板可承受高溫，拆除芯片可采用較高的溫度(較短的加熱周期)。

3)清潔焊盤

主要是將拆除芯片后留在PCB表面的助焊劑，焊錫膏清理掉，必須使用符合要求的清潔劑。為了保證BGA的焊接可靠性，不能使用焊盤上的殘留焊錫膏，必須將舊的焊錫膏清除掉，除非芯片上重新形成BGA焊錫球。由于BGA芯片體積小，清潔焊盤比較困難，所以在返修CSP芯片時，可考慮使用非清洗焊劑。

4)涂焊錫膏、助焊劑

在PCB上涂焊錫膏對于BGA的二次焊接質量有重要影響。為了準確均勻方便地涂焊錫膏，可選用標準的、與芯片相符的涂錫模板，將焊錫膏涂在電路板上。選擇模板時，應注意模板的厚度，以便嚴格控制焊錫膏的用量。對個別焊接要求較高的器件必須用專用設備(如BGA3000或MP-2000微型光學對中系統)檢驗焊錫膏是否涂的均勻。目前。常用的焊錫膏有3可以選擇：RMA焊錫膏、非清洗焊錫膏、水劑焊錫膏。使用RMA焊錫膏。回流焊時間可略長些；使用非清洗焊錫膏，回流溫度應選的低些。

5)貼片

貼片時要注意使BGA芯片上的每一個焊錫球與PCB上相應的焊點對正。由于BGA芯片的焊點位于肉眼不能觀測到的部位，所以必須使用專門的設備來對中。目前常用的BGA3000和MP-2000等多種儀器都可以精確地完成這項任務。

6)熱風回流焊

熱風回流焊是整個返修工藝的關鍵。為保證焊接質量，有幾個問題一定要重視：

·芯片返修回流焊的曲線應當與芯片的原始焊接曲線接近。熱風回流焊曲線可分成四個區間：預熱區、加熱區、回流區、冷卻區。四個區間的溫度、時間參數可以分別設定，通過與計算機連接，可以將這些程序存儲和隨時調用。

·在回流焊過程中要正確選擇各區的加熱溫度和時間，同時應注意升溫的速度，一般，在100℃以前，最大的升溫速度不超過6℃／秒，100℃以后最大的升溫速度不超過3℃／秒。在冷卻區，最大的冷卻速度不超過6℃／秒。因為過高的升溫和降溫速度有可能損壞PCB和芯片，這種損壞有時是肉眼不能觀察到的。

·熱風回流焊中，PCB板的底部必須能夠承受加熱。這種加熱的目的有兩個：避免由于PCB板的單面受熱而產生翹曲和變形，使焊錫膏溶化的時間縮短。對大尺寸板返修BGA，這種底部加熱尤其重要。底部加熱有兩種方式：一種是熱風加熱，一種是紅外加熱。熱風加熱的優點是加熱均勻，一般返修工藝建議采用這種加熱。紅外加熱的優點是溫度升高快，但缺點是PCB受熱不均勻。

·要選擇適當的熱風回流噴嘴。熱風回流噴嘴屬于非接觸式加熱，應該將整個BGA元件單獨封閉起來，加熱時依靠高溫空氣流使BGA芯片上的各焊點的焊錫同時溶化，保證在整個回流過程中有穩定的溫度環境，同時可保護相鄰元件不被對流熱空氣加熱損壞。

本文僅對BGA器件的檢測和返修工藝作了說明，只要按照正確的步驟操作，BGA器件的焊接并不是一件神秘的工作。希望廣大的中小企業集思廣益，不斷完善生產工藝，提高產品合格率。

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