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，如果不能做及時準確的檢查，那么就容易造成焊點缺陷。目前，BGA焊點的檢測手段主要有自動光學檢測（AOI）和自動X射線檢測，能夠檢測的缺陷包括空洞、移位、橋連、假焊等?？此仆昝赖慕鉀Q方案實際上充滿了很大風險。首先，一旦檢測出缺陷，那么就需要返工，既耗時，又使生產成本上升，這些顯然不是OEM想看到的。
其實，想要提升BGA焊接質量，最根本的措施還是規范生產環節，從源頭降低缺陷發生的風險，這對貼片組裝生產商提出了更高的要求。迅得電子從事電子生產組裝服務十余年來，始終致力于為客戶提供高質量SMT組裝服務，BGA貼裝方面已經積累了豐富的生產經驗，目前，迅得電子能夠貼裝最小引腳為0.35mm的BGA元件。
因此，本文就是出自迅得電子貼裝生產工程師之手，是他們十余年生產經驗的最好總結。本文主要介紹了BGA焊接原理，詳述了BGA焊接前和BGA焊接過程中的質量措施，希望對您了解BGA貼片組裝技術提供幫助。
BGA焊接原理
當焊料的溫度達到熔點之上，銅表面的氧化層在助焊劑的活化作用下就會被清洗掉。同時，銅表面和焊料中的金屬顆粒能夠達到足夠活化的程度。熔融的焊料在焊盤表面得到潤濕，正如之前說到的，焊盤銅表面已經通過助焊劑清洗干凈。通過化學擴散反應作用，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適當位置上。
如何把BGA“完美”焊接在PCB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步驟：
? 錫膏印刷
? 錫膏檢查系統
? 貼片
? 回流焊接
? 自動光學檢測（AOI）
? 自動X射線檢測
? 返工
為了在貼片過程中優化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始終處在好狀態中。畢竟，一點點的瑕疵，比如濕氣，就可能造成元件焊接缺陷甚至造成整個產品的報廢。
a. 電路板準備
首先，要為電路板選擇合適的表面處理方式，以符合項目和產品要求。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、無鉛化學鎳金或無鉛OSP都可以選擇，再根據其各自的優缺點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、經濟地檢查濕氣是否在可控范圍內?？ㄆ念伾怯脕碇甘敬觾鹊臐駳獾?，也能反映防潮劑是否有效。一旦包裝內的濕氣超過或者等同于指示值，相應的圓圈就會變成粉色。
最后，PCB裸板需要進行清洗和/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℃溫度中進行兩個小時。除此以外，PCB板在移動和保存的過程中表面也會被塵土覆蓋，所以在貼片和焊接前必須進行必要的清洗。迅得電子使用的是超聲清洗儀，可以對PCB裸板和組裝好的PCB進行充分的清洗，保證它們的清潔。如此，可充分保證板子的可靠性。
b. BGA元器件準備
作為一種濕敏元器件，BGA元器件儲存的環境必須是恒溫和干燥的。儲存過程中，操作人員必須嚴格遵守元器件儲存規范規程，防止元器件質量受到影響而下降。通常說來，BGA元器件需要儲存在防潮箱內，溫度在20到25攝氏度之間，相對濕度10%，能使用氮氣保存更好。
BGA元器件需要在焊接之前烘烤，焊接溫度不應該超過125℃，因為太高的溫度可能造成金相結構的改變。當元器件進入回流焊接流程中，容易引起焊球點和元件封裝之間分離，從而降低貼片組裝中的焊接質量。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行適當調整。另外，烘烤完畢后，BGA元件需要冷卻半小時，才能進入貼片組裝生產線。
焊接中
實際上，控制回流焊接并不是一件容易的事，所以，必須調整最佳的溫度曲線，只有這樣才能夠獲得BGA元器件焊接的最高質量。
a. 預熱階段
在預熱階段，PCB板的溫度穩定上升，助焊劑受到激活。通常說來，溫升需要穩定、持續，防止電路板在受到溫度的突然上升后發生形變。理想的溫升速率應該控制在3℃/s以下，2℃/s是最合適的。時間間隔應該控制在60 到90秒之間。
b. 浸潤階段
在浸潤階段中，助焊劑逐漸蒸發。溫度應該保持在150到180℃之間，時間長度應為60到120秒，這樣助焊劑能夠完全揮發。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階段會超過焊料的熔點，使焊料從固態轉化為液態。在這個階段，溫度應當控制在183℃以上，時間長度在60到90秒之間。太長或太短的時間都可能造成焊接缺陷。焊接的溫度要控制在220±10℃，時長大約為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，太高的溫降可能會導致PCB板變形，大大降低BGA焊接質量。
只要以上的要求都能達到，那么BGA元器件就能高質量地固定在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環節，因此，迅得電子始終致力于提高生產質量，優化過程控制，不斷提升生產技術難度，最大限度地滿足OEM對產品質量和難度的要求。