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1、BGA元器件及其返修工艺 概述 .KC q$EnG 随着电子产品向小型化、便携化、网络化和高性能方向的发展，对电路组装技术和引线数提出了更高的要求，芯片的体积越来越小，芯片的管脚越来越多，给生产和返修带来了困难。原来中广泛使用的（四边扁平封装），封装间距的极限尺寸停留在，这种间距其引线容易弯曲、变形或折断，相应地对组装工艺、设备精度、焊接材料提出严格的要求，即使如此，组装窄间距细引线的，缺陷率仍相当高，最高可达，使大范围应用受到制约。近年出现的（ 球栅阵列封装器件），由于芯片的管脚不是分布在芯片的周围而是分布在封装的底面，实际是将封装外壳基板原四面引出的引脚变成以面阵布局的凸点引脚，这就可以容
2、纳更多的数，且可以较大的引脚间距如、代替的、，很容易使用与上的布线引脚焊接互连，因此不仅可以使芯片在与相同的封装尺寸下保持更多的封装容量，又使引脚间距较大，从而大大提高了组装的成品率，缺陷率仅为，方便了生产和返修，因而元器件在电子产品生产领域获得了广泛使用。 qat e 随着引脚数增加，对于精细引脚在装配过程中出现的桥连、漏焊、缺焊等缺陷，利用手工工具很难进行修理，需用专门的返修设备并根据一定的返修工艺来完成。 |MhZ49mB 元器件的种类与特性 LdfDBD 元器件的种类 vl?6-#Y? 按封装材料的不同，元件 主要有以下几种： G0sNcA （ 塑料封装的） 5qBl_ * （ 陶瓷封
3、装的）9W|Oc2 陶瓷柱状封装的 fSUD （ 载带状封装的） iDK(dC （ 或） =sY=c 是目前使用较多的，它使用成分的焊锡球，焊锡的溶化温度约为 u(_=e2e L#h)=+ 表1 PBGA芯片拆封后必须使用的期限 9m bGPPNh fScL 敏感性等级 芯片拆封后置放环境条件 拆封后必须使用的期限 :6ti 1级 = 30 C , 90% RH 无限制 Y. f2fm 2级 = 30 C , 60% RH 1年 dS GT vM4 3级 = 30 C , 60% RH 168小时 gdXq9 *#61 4级 = 30 C , 60% RH 72小时 dRxKg 5级 = 30
4、 C , 60% RH 24小时 /11GI2X/b *- p|mJf &q6yf 焊球的成分为 它与连接处的焊锡成分仍为 的焊锡球高度较高，因此它的焊锡溶化温度较高，较不容易吸潮，且封装的更牢靠。芯片底部焊点直径要比上的焊盘大，拆除芯片后，焊锡不会粘在的焊盘上，见表。 4!kV 4I+ E1 表2 PBGA与CBGA焊接锡球的区别 jBQ:kZ-pT u9Y 特性 PBGA CBGA ?9 Bk=TE 焊锡球成分 63Sn/37Pb 90Pb/10Sn !+_J(Cwf X 焊锡球溶化温度 183C 302C S)dczq2Y 溶化前焊锡球直径 0.75毫米 0.88毫米 rz$ hCd3
5、溶化后焊锡球直径 0.4-0.5毫米 0.88毫米 a.uJK,W :9 pz W_L. : 的焊锡柱直径为毫米，柱高度为毫米，焊锡柱间距一般为毫米，焊锡柱的成分是。 53Du8* 的焊锡球直径为毫米，球间距为毫米。与相比，对环境温度要求控制严格，因芯片受热时，热张力集中在个角，焊接时容易有缺陷。 .H cF*v 芯片的封装尺寸仅略大于裸芯片尺寸不超过，这是与的主要区别。 较，除了体积小之外，还有更短的导电通路、更低的电抗性，更容易达到频率为的范围。 eAUYC (nSs!P 2.2 BGA元器件的特性 8ze!V 组装损坏率(ppm/管肢) 0.6 100 7 ZV7wO 元件管脚间信号干扰
6、 1.0X 2.25X lHWpsZIQ bU()B KF 概括起来，和相比，的特性主要有以下几点： 72knaqB 引线间距大（如，毫米），可容纳的数目大（如毫米间距的 在毫米边长的面积上可容纳个 而毫米间距的在毫米边长的面积上只容纳 个）。 (Pj_)- h 封装可靠性高（不会损坏管脚），焊点缺陷率低（焊点），焊点牢固。 _wJa$t2G 芯片的对中通常由操作人员用肉眼来观察，当管脚间距小于毫米时，对中与焊接十分困难。而芯片的脚间距较大，借助对中放大系统，对中与焊接都不困难。 Ja Mbi7 容易对大尺寸电路板加工丝网板。 T&LxTVG 管脚水平面同一性较容易保证 因为焊锡球在溶化以后可
7、以自动补偿芯片与之间的平面误差。 zra(7n 回流焊时，焊点之间的张力产生良好的自对中效果允许有的贴片精度误差。 ITIS2T 有较好的电特性，由于引线短，导线的自感和导线间的互感很低，频率特性好。 y zp;& 能与原有的贴装工艺和设备兼容，原有的丝印机，贴片机和回流焊设备都可使用 KDEVE8T 当然，也有缺点，主要是芯片焊接后需射线检验，另外由于管脚呈球状栏栅状排列，需多层电路板布线，使电路板制造成本增加。 !1jP 返修工艺 TBLR#Bj 大多数半导体器件的耐热温度为，对于返修系统来说，加热温度和均匀性的控制显得非常重要。美国集团的热风回流焊接及返修系统和 的系列返修工作站很好的解
8、决了这个问题。 MMGdll52L 本文以美国集团的热风回流焊接及返修系统 为例简要说明的返修工艺： Mn$x=Xq 拆除芯片 :+;R 拆除的芯片如果不打算重新使用，而且可承受高温，拆除芯片可采用较高的温度（较短的加热周期）。 lbF!TY 清洁焊盘 9kQxB!4 清洁焊盘主要是将拆除芯片后留在表面的助焊剂、焊锡膏清理掉，必须使用符合要求的清洗剂。为了保证的焊接可靠性，一般不能使用焊盘上旧的残留焊锡膏，必须将旧的焊锡膏清除掉，除非芯片上重新形成焊锡球。由于芯片体积小，特别是（ 或），芯片体积更小，清洁焊盘比较困难，所以在返修芯片时，如果的周围空间很小，就需使用免清洗焊剂。 KKR!0N2
9、涂焊锡膏，助焊剂 8A(d2, 在上涂焊锡膏对于的返修结果有重要影响。通过选用与芯片相符的模板，可以很方便地将焊锡膏涂在电路板上。用集团的设备微型光学对中系统可以方便地检验焊锡膏是否涂的均匀。处理芯片，有种焊锡膏可以选择：焊锡膏，非清洗焊锡膏，水剂焊锡膏。使用焊锡膏，回流时间可略长些，使用非清洗焊锡膏，回流温度应选的低些。 tU2dClrJ 贴片 TT1!o: 贴片的主要目的是使芯片上的每一个焊锡球与上每一个对应的焊点对正。由于芯片的焊点位于肉眼不能观测到的部位，所以必须使用专门的设备来对中。可进行精确的对中。 tx%RRjxAU 热风回流焊 i,),hE.aEX 热风回流焊是整个返修工艺的关
10、键。其中，有几个问题比较重要： tB7d* Y ）芯片返修回流焊的曲线应当与芯片的原始焊接曲线接近，热风回流焊曲线可分成四个区间：预热区，加热区，回流区，冷却区，四个区间的温度，时间参数可以分别设定，通过与计算机连接，可以将这些程序存储和随时调用。 NdkW e ）在回流焊过程中要正确选择各区的加热温度和时间，同时应注意升温的速度。一般，在以前，最大的升温速度不超过 秒，以后最大的升温速度不超过 秒， 在冷却区，最大的冷却速度不超过秒。因为过高的升温速度和降温速度都可能损坏和芯片，这种损坏有时是肉眼不能观察到的。不同的芯片，不同的焊锡膏，应选择不同的加热温度和时间。如芯片的回流温度应高于的回流温度，应较焊锡膏选用更高的回流温度。对免洗焊膏，其活性低于非免洗焊膏，因此，焊接温度不宜过高，焊接时间不宜过长，以防止焊锡颗粒的氧化。 ）热风回流焊中，板的底部必须能够加热。这种加热的目的有二个：避免由于板的单面受热而产生翘曲和变形；使焊锡膏溶化的时间缩短。对大尺寸板返修，这种底部加热尤其重要。返修设备的底部加热方式有种，一种是热风加热，一种是红外加热。热风加热的优点是加热均匀，一般返修工艺建议采用这种加热。红外加热的缺点是受热不均匀。 m k6aY ）要选择好的热风回流喷嘴。热风回流喷嘴属于非接触式加热
