SMT干貨 | 貼片組裝過程中“零缺陷”焊接BGA的方法

由于BGA的引腳（也就是焊球）隱藏在元件下面，如果不能做及時(shí)準(zhǔn)確的檢查，那么就容易造成焊點(diǎn)缺陷。目前，BGA焊點(diǎn)的檢測(cè)手段主要有自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）和自動(dòng)X射線檢測(cè)，能夠檢測(cè)的缺陷包括空洞、移位、橋連、假焊等?？此仆昝赖慕鉀Q方案實(shí)際上充滿了很大風(fēng)險(xiǎn)。首先，一旦檢測(cè)出缺陷，那么就需要返工，既耗時(shí)，又使生產(chǎn)成本上升，這些顯然不是OEM想看到的。

其實(shí)，想要提升BGA焊接質(zhì)量，最根本的措施還是規(guī)范生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從源頭降低缺陷發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)貼片組裝生產(chǎn)商提出了更高的要求。迅得電子從事電子生產(chǎn)組裝服務(wù)十余年來，始終致力于為客戶提供高質(zhì)量SMT組裝服務(wù)，BGA貼裝方面已經(jīng)積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，目前，迅得電子能夠貼裝最小引腳為0.35mm的BGA元件。

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因此，本文就是出自迅得電子貼裝生產(chǎn)工程師之手，是他們十余年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的最好總結(jié)。本文主要介紹了BGA焊接原理，詳述了BGA焊接前和BGA焊接過程中的質(zhì)量措施，希望對(duì)您了解BGA貼片組裝技術(shù)提供幫助。

BGA焊接原理

當(dāng)焊料的溫度達(dá)到熔點(diǎn)之上，銅表面的氧化層在助焊劑的活化作用下就會(huì)被清洗掉。同時(shí)，銅表面和焊料中的金屬顆粒能夠達(dá)到足夠活化的程度。熔融的焊料在焊盤表面得到潤(rùn)濕，正如之前說到的，焊盤銅表面已經(jīng)通過助焊劑清洗干凈。通過化學(xué)擴(kuò)散反應(yīng)作用，金屬化合物最終直接在焊料和焊盤表面生成。通過這樣一系列的變化和作用，BGA就被永久地固定在了PCB適當(dāng)位置上。

想要弄清楚“零缺陷”焊接BGA的方法之前，我們有必要了解貼片組裝的一般流程。貼片組裝主要包含以下幾個(gè)步驟：

  ? 錫膏印刷
  ? 錫膏檢查系統(tǒng)
  ? 貼片
  ? 回流焊接
  ? 自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）
  ? 自動(dòng)X射線檢測(cè)
  ? 返工

為了在貼片過程中優(yōu)化BGA焊接，在BGA焊接前和焊接過程中有必要采取必要措施。所以，接下來我們的討論將從焊接前和焊接中兩方面進(jìn)行。

焊接前

為了把BGA元件固定在PCB裸板上，首先就是要保持BGA元件和裸板PCB始終處在好狀態(tài)中。畢竟，一點(diǎn)點(diǎn)的瑕疵，比如濕氣，就可能造成元件焊接缺陷甚至造成整個(gè)產(chǎn)品的報(bào)廢。

a. 電路板準(zhǔn)備

    首先，要為電路板選擇合適的表面處理方式，以符合項(xiàng)目和產(chǎn)品要求。幾種常見的表面處理方式的比較需要特別清楚。比如，有些產(chǎn)品的需要符合歐盟ROHS要求，那么就需要無鉛表面處理，無鉛噴錫、無鉛化學(xué)鎳金或無鉛OSP都可以選擇，再根據(jù)其各自的優(yōu)缺點(diǎn)確定最終的表面處理方式。

    其次，電路板裸板要合理保存及應(yīng)用。電路板必須真空包裝，里面包含防潮袋和濕敏指示卡。濕敏指示卡能夠方便、經(jīng)濟(jì)地檢查濕氣是否在可控范圍內(nèi)?？ㄆ念伾怯脕碇甘敬觾?nèi)的濕氣的，也能反映防潮劑是否有效。一旦包裝內(nèi)的濕氣超過或者等同于指示值，相應(yīng)的圓圈就會(huì)變成粉色。

    最后，PCB裸板需要進(jìn)行清洗和/或烘烤。烘烤有助于防止電路板中的濕氣在焊接過程中形成焊接缺陷。一般情況下，烘烤需要在110±10℃溫度中進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)。除此以外，PCB板在移動(dòng)和保存的過程中表面也會(huì)被塵土覆蓋，所以在貼片和焊接前必須進(jìn)行必要的清洗。迅得電子使用的是超聲清洗儀，可以對(duì)PCB裸板和組裝好的PCB進(jìn)行充分的清洗，保證它們的清潔。如此，可充分保證板子的可靠性。

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b. BGA元器件準(zhǔn)備

    作為一種濕敏元器件，BGA元器件儲(chǔ)存的環(huán)境必須是恒溫和干燥的。儲(chǔ)存過程中，操作人員必須嚴(yán)格遵守元器件儲(chǔ)存規(guī)范規(guī)程，防止元器件質(zhì)量受到影響而下降。通常說來，BGA元器件需要儲(chǔ)存在防潮箱內(nèi)，溫度在20到25攝氏度之間，相對(duì)濕度10%，能使用氮?dú)獗４娓谩?/span>

    BGA元器件需要在焊接之前烘烤，焊接溫度不應(yīng)該超過125℃，因?yàn)樘叩臏囟瓤赡茉斐山鹣嘟Y(jié)構(gòu)的改變。當(dāng)元器件進(jìn)入回流焊接流程中，容易引起焊球點(diǎn)和元件封裝之間分離，從而降低貼片組裝中的焊接質(zhì)量。如果烘烤溫度太低，濕氣又不太容易去除。所以，BGA元件的烘烤溫度必須進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。另外，烘烤完畢后，BGA元件需要冷卻半小時(shí)，才能進(jìn)入貼片組裝生產(chǎn)線。

焊接中

實(shí)際上，控制回流焊接并不是一件容易的事，所以，必須調(diào)整最佳的溫度曲線，只有這樣才能夠獲得BGA元器件焊接的最高質(zhì)量。

  a. 預(yù)熱階段
    在預(yù)熱階段，PCB板的溫度穩(wěn)定上升，助焊劑受到激活。通常說來，溫升需要穩(wěn)定、持續(xù)，防止電路板在受到溫度的突然上升后發(fā)生形變。理想的溫升速率應(yīng)該控制在3℃/s以下，2℃/s是最合適的。時(shí)間間隔應(yīng)該控制在60 到90秒之間。

  b. 浸潤(rùn)階段
    在浸潤(rùn)階段中，助焊劑逐漸蒸發(fā)。溫度應(yīng)該保持在150到180℃之間，時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)為60到120秒，這樣助焊劑能夠完全揮發(fā)。溫升速度通?？刂圃?.3到0.5℃/s。

  c. 回流階段
    回流階段的溫度在這個(gè)階段會(huì)超過焊料的熔點(diǎn)，使焊料從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)。在這個(gè)階段，溫度應(yīng)當(dāng)控制在183℃以上，時(shí)間長(zhǎng)度在60到90秒之間。太長(zhǎng)或太短的時(shí)間都可能造成焊接缺陷。焊接的溫度要控制在220±10℃，時(shí)長(zhǎng)大約為10到20秒。

  d. 冷卻階段
    在冷卻階段，焊料開始變成固體，這樣就能將BGA元器件固定在板子上了。而且，溫降需要控制不能太高，通常在4℃/s以下。理想的溫降為3℃/s，太高的溫降可能會(huì)導(dǎo)致PCB板變形，大大降低BGA焊接質(zhì)量。

只要以上的要求都能達(dá)到，那么BGA元器件就能高質(zhì)量地固定在PCB上了。正如開頭所說，要想得到“零缺陷”焊接，核心工作就在貼片組裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因此，迅得電子始終致力于提高生產(chǎn)質(zhì)量，優(yōu)化過程控制，不斷提升生產(chǎn)技術(shù)難度，最大限度地滿足OEM對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和難度的要求。

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