浅谈BGA器件的返修

罗艳臣

摘要：随着SMD的发展，由于BGA具有很多优势，因此在目前电子工业中已被广泛应用。表面组装技术（SMT）的应用是电子装联时代的一场革命，随着电子装联的小型化、高密度化的发展，随着无铅焊接工艺的应用，相关的焊接工艺和返修工艺受到了越来越多的挑战。

关键词：BGA器件;返修;优点;缺点

一、概述

1.在SMD制程中，由于多种原因，致使总有一些不良产生，如空焊、短路等，所以难免会有维修产生。对于普通SMD元件，如贴片电阻、贴片电容、SOIC、SOJ、PLCC等，维修比较容易，基本不需要另外配置维修系统。但随着电子产品的小型化，这些普通封装的元件已远远不能满足产品设计的需要，所以在产品中大量出现BGA、CSP等元件。这些元件则必须使用返修系统来维修。本文将简要介绍使用返修系统对BGA进行维修的一些主要工艺。

2.返修系统的选择

选择适合本工厂的返修系统是第一步，不同厂家的返修系统的不同之处主要是加热源与加热方式不同，如元件上方加热或上下同时加热，有些还可以设置温度曲线。从保护器件及返修品质的角度考虑，应选择上下同时加热的返修系统比较好。为防止PCB在返修过程中翘曲，还应选择具有对PCB进行预热功能的返修系统。另外，PCB的固定方式、元件的定位方式等等都是需要在選择返修系统时考虑的。

3.返修基本步骤

3.1BGA拆卸

使用返修系统拆除BGA，并用烙铁将PCB焊盘残留的焊锡清除干净，使焊盘平整，可用除锡带和扁形烙铁头进行清理，操作时注意不要损坏焊盘和阻焊膜。再使用专用清洗剂将助焊剂残留物清除干净。

3.2BGA干燥处理

在使用BGA之前检查器件是否有受潮，对受潮的器件应按BGA的烘烤要求放入烤箱进行烘烤。

3.3锡膏印刷

在焊接BGA之前，需要在拆下BGA的地方印刷锡膏。但由于板上有其他元件，因此必须使用BGA锡膏印刷专用小模板，模板厚度与开口尺寸应根据BGA球径和球距来确定。印刷完成后还需检查印刷质量，如不合格，需将PCB清洗干净，晾干后重新印刷。

对于球距小于0.4mm的CSP，可以不印刷锡膏，因此不需要加工返修用的模板，直接在PCB的焊盘上涂刷膏状助焊剂。

3.4贴装BGA

将返修系统的程式设定好，然后将烘烤好的BGA放到指定的区域，返修系统会自动吸取零件，放到设定好的位置上。有些返修系统放置零件不是自动的，此时，需用真空泵手动放置零件。选择适当的吸嘴，打开真空泵。将BGA器件吸起来，BGA器件底部与PCB焊盘完全重合后将吸嘴向下移动，将BGA器件帖装到PCB上，然后关闭真空泵。

3.5焊接

根据返修元件的尺寸、PCB的厚度等，设置好焊接温度，然后由返修系统完成焊接。

二、BGA植球

拆卸下来的BGA，若想再次使用，则必须重新植球。植球的工艺大致如下：

1.用烙铁将BGA上的PCB焊盘残留的焊锡清除干净，使焊盘平整，可用除锡带和扁形烙铁头进行清理，操作时注意不要损坏焊盘和阻焊膜。再使用专用清洗剂将助焊剂残留物清除干净。

2.在BGA底部焊盘上印刷助焊剂一般情况下，BGA上使用的助焊剂应为高粘度的助焊剂，同时起到粘接和助焊的作用。印刷完成后，应保证助焊剂图形清晰、不漫流。也可直接用锡膏来代替。印刷时采用BGA锡膏印刷专用小模板，模板厚度和开口尺寸视球径和球距而定。印刷完成后必须检查印刷品质，如不合格，必须清洗后重新印刷。

3.选择锡球：选择锡球时要考虑锡球的材料和球径的尺寸。必须选择与BGA器件焊球材料一致的锡球。焊球的尺寸要看使用助焊膏还是锡膏，若使用助焊膏，则锡球尺寸应与新BGA的锡球尺寸一样。若使用锡膏，则锡球尺寸要小一些。

4.植球：若使用植球器，选择一块与BGA焊盘匹配的模板，模板的开口尺寸应比锡球直径大0.1mm左右，将锡球均匀的撒在模板上，摇晃植球器，把多余的锡球从模板上滚到植球器的锡球收集槽中，是模板表面刚好每个漏孔中保留一个锡球。再把印好助焊膏或锡膏的BGA用真空泵吸到吸嘴上，按照帖装的方式进行对准，把BGA器件贴装到植球器模板表面的锡球上，然后将BGA吸起来，借助助焊膏或锡膏的粘性将锡球粘在BGA对应的焊盘上。关闭真空泵，把BGA锡球面向上放于工作台，检查有无缺少锡球的地方，若有，用镊子补齐。

若使用模板来植球，则首先将印好助焊膏或锡膏的BGA锡球面朝上放于工作台上。把专用的模板放置于BGA的上方，使模板与BGA之间的空隙略小于锡球的直径，并使模板空与BGA的焊盘一一对应，在显微镜下对准位置。将锡球均匀的撒在模板上，使模板每个漏孔中保留一个锡球，多余的锡球则用镊子拔下来。移开模板，检查并补齐。

5.回流焊接：将植好球的BGA按设定的温度曲线过一次回焊炉，锡球就固定在BGA器件上。

6.使用：完成植球后的BGA，应清洗干净，并尽快使用，以防止锡球氧化和器件受潮。

三、BGA器件故障类型及返修

1.BGA焊接点的短路（又称粘连）：

1.1焊膏印刷不良（过厚），贴片后锡膏与锡膏之间粘连造成回流焊接后焊点短路。

1.2贴片严重偏移>50%以上或贴片后手工调整。

1.3解决措施：焊膏印刷操作员逐块检查严格控制印刷质量;调整贴片坐标。如出现50%以上的偏移需用真空笔吸下重新贴片，禁止手工调整。

2.BGA焊接点的虚焊：

2.1锡膏印量不足或焊盘漏印。

2.2回流焊接温度（曲线）设定不当。

2.3解决措施：焊膏印刷操作员逐块检查严格控制印刷质量;使用测温板制定符合工艺的回流参数。

3.BGA焊接点的短路的维修步骤与方法：

BGA检测——BGA拆除——焊盘清洁、清理——锡膏或助焊膏的涂覆——BGA贴片——BGA焊接——BGA检验。

3.1BGA拆除

为了防止维修时PCB局部变形或器件因吸潮而引起的器件炸裂，对返修工作站的性能有如下要求，小心取出已植完球的BGA检查是否有缺陷，如有缺陷有针对性修整，合格后回收多余锡球。

3.2锡球焊接：

将植完球的BGA放在工装上（工装可用铝板见下图），调出翻修工作站已设定好的程序进行焊接，也可放入回流焊进行焊接。

结语

经大量测试结果证明，测试中BGA电气性能不良99%以上是由于生产加工中造成的，这些不良主要表现在焊接点的短路和焊接点的虚焊。这些缺陷都是可以通过返修后重新达到产品性能的。所以BGA的返修有着重要意义。但BGA的返修难度大，翻修要求高，返修工艺复杂，涉及工艺多，翻修非常讲究经验与技巧。整个过程中任何疏漏都可能是翻修失败，所以BGA返修要求：精雕细琢