BGA植球技术的应用

  Summary：BGA元件正迅速成为密间距和超密间距技术所选择的封装。在提供一个可靠的装配工艺的同时达到高密度的互连，使得在工业范围内慢慢的变多地采用这种形式的元件，然而BGA单个器件价格不菲，对于回流焊期间出现的BGA焊接缺陷，如虚焊、桥接等，往往需要把BGA从基板上取下，然后重新焊上新的BGA。可是取下的BGA就没用了，实际上很多这类芯片本身并没有坏，如果给芯片重新制球，就能重新利用，从而节省本金。同时也能够尽可能的防止由于零件短缺而造成的停产与利润损失。如何对焊球进行再生的技术难题就摆在我们工艺技术人员的面前。本文重点介绍BGA焊球再生工艺技术的应用。

  植球有三种方法，第一种是通过钢网丝印锡膏后直接加热形成焊球，这种方法优点是简单易操作，但要求钢网要好，锡膏要均匀搅拌。第二种是丝印助焊膏后，在每个焊点上加相同直径的锡珠，然后加热形成球。这种方法球的大小非常容易保证，焊脚平面度也比前一方法好，但于助焊膏加热成液态时使得锡球流动性大，操作难度大。第三种是丝印焊锡膏后，在每个焊点上加相同直径的锡珠，然后加热形成球。这种方法比第二种方法容易操作，成功率高。我公司目前采用的是第三种方法。

  植球首先要根据不同的芯片做好钢网和夹具。在芯片丝印前，先要用吸锡带把芯片的表面清洗整理干净，如果有的BGA芯片（如CPU、FLASH）是点过胶的，也要把芯片表面上的胶清洗整理干净，一定要保证在印刷前没有杂物和污点。然后把芯片放到夹具中上锡膏。上锡时的需要注意的几点包括：1、应采用无间隙印刷。无间隙有利于上锡膏和脱模后保持锡膏的形状。2、不可以使用过期锡膏。否则对丝印和脱模都不好，影响球的质量。3、锡膏要均匀搅拌，上锡的量也要均匀。因为锡膏中体积的50%左右是助焊剂，搅拌不均匀可能会造成某个焊脚少锡，对球的平面度影响较大。4、不要刚印好就脱模，而是先停2-3秒再脱模。由于这种植球都是手工印刷的，脱模也是手工脱模，所以脱模较为重要。要让四个脚尽量在同一平面上，然后用力，以尽量慢的速度先让锡膏脱离钢网。5、注意检查上的锡膏的量是否均匀。

  丝印完后，就要开始在BGA焊盘上撒球。撒球时我们该选择与BGA焊球材料一致的锡球。锡球尺寸的选择也很重要，若使用高粘度助焊剂，应选择与BGA器件焊球相同直径的焊球；若使用焊膏，应选择比BGA器件焊球直径小一些的焊球。把印好焊膏的BGA器件放置在工作台上，焊膏面向下。准备一块BGA焊盘匹配的钢网，钢网的开口尺寸应比焊球直径大0.05~0.1mm，把钢网放置在印好焊膏的BGA器件上方，使钢网与BGA之间的距离等于或略小焊球直径。将焊球均匀的撒在模板上，把多余的焊球用镊子拔（取）下来，使钢网表恰好每个漏孔中保留一个焊球。移开钢网，检查并补齐。对于刚检查无误的BGA进行焊接，焊接时BGA器件的焊球面向上，要把热风量调到最小，以防把焊球吹移位，再流焊温度也要比焊接BGA时略低一些。经过再流焊处理后，焊球就固定在BGA器件上了。完成置球工艺后，应将BGA器件清理洗涤干净，并尽快进行贴装和焊接，以防焊球氧化和器件受潮。

  制完球后，就能重新贴片了，在贴片前，要检查所制球的大小是否均匀一致，所有焊脚的平面度是否好。若发现有的焊脚制球没制好，那么这个芯片就不可以使用了，否则会出现质量上的问题或隐患。另外，贴片前一定要注意芯片的方向。

  如图所示，图1是原厂芯片，焊脚光亮一致，平面度也很好，图2是芯片换下后用上述方法制于，焊脚光亮也一致，平面度也很好。

  在维修所换下的芯片时，咱们进行了BGA内部检测，根据结果得出芯片内部并未损坏，我们制球后仍可使用。于是我们对拆下来的芯片进行制球试验。先用11片芯片做试验。合格率为100%。完成贴片后，咱们进行X-Ray检测。并未发现任何焊接缺陷。后送到分调进行单板调试。也未发现任意的毛病，充分说明BGA植球的可行性。

  由于BGA芯片是湿敏元器件，芯片换下后，要么尽快植球重新利用，要么就很好保存，待积存少数后再植球。若存放不当，时间长了，芯片受潮、静电击穿等非常容易造成其受损而植球失败。当然，芯片多次经受高温，也有一定的概率会损坏芯片内部。若芯片在制球后仍不可以使用，那么就只有报损了。

  此次共有11片经过分调调试，意味着有11块A插件可以交付。以后面采购交换机的单价来分析，每个芯片的价格为2000元，此次实验共节省本金2000元×11=22000元。以CCTE插件的单价来分析，每块插件大概人民币值1万元左右，本次实验共节省本金1万×11=11万。而制作钢网的成本是很低的，锡膏及锡珠的用量也不大。同时制作周期也比较短，可利用维修空闲时间来制球，不浪费人力成本，而加热所用的电也是很少的。植球的经济效益是明显的。

  本文主要介绍了BGA植球步骤，并以印刷锡膏+锡球的办法来进行试验来说明该方法的可行性。

  [1]李全英,朱珠,赵国玉,廖华冲.BGA植球返修艺[J].兵工自动化,2010.

  [2]李弼程,彭天强,彭波等编著. 智能图像处理技术 [M].电子工业出版社,2004.

  [4]徐立中著. 数字图像的智能信息处理 [M].国防工业出版社,2001.

  [6]黄凤岗,宋克欧编著. 模式识别 [M].哈尔滨工程大学出版社,1998.