BGA器件的检测及返修工艺【非标设备定制】

BGA焊接检测方法

目前市场上出现的BGA封装类型主要有：PBGA(塑料BGA)、CBGA(陶瓷BGA)及TBGA(载带BGA)。BGA基板上的焊球不论是通过高温焊球转换，还是采用球射工艺形成，焊球都有可能掉下、丢失，或者成型过大、过小。或者发生焊球连、缺损等情况。因此，需要对BGA的焊接质量进行检测控制。目前，常用的BGA检测是按以下三个步骤进行的。

步骤1 边界扫描测试

用这种方法首先查找开路与短路的缺陷点。具体方法是在电路板的预制点确定一个使信号流入测试板、数据流入ATE的接口。进行实际电连接。如果印制电路板有足够的空间设定测试点。系统就能快速、有效地查找到开路、短路及故障元件。这就要求在先期进行电路板设计时要预留一定的检测口。借助测试仪器，采用电测试法也可用来检查元件的功能。测试仪器一般由微机控制，对一些常用元件，如在检测二极管、三极管时用直流电平测试仪器；检测电容、电感时用交流测试仪器；而测试低数值电容及电感、高阻值电阻时用高频信号测试仪器。

步骤2 边界扫描测试

边界扫描是为了解决一些与复杂元件及封装密度有关的问题。采用边界扫描技术，将功能线路与检测线路分离开。并记录通过元件的检测数据，以便测试所检查IC元件上每一个焊接点的开路、短路情况。边界扫描检测的优点是通过边缘连接器给每一个焊点提供一条通路，从而免除全节点查找的麻烦。电测试与边界扫描检测都主要用以测试电性能，却不能较好检测焊接的质量。为提高并保证生产过程的质量，必须采用×射线测试方法来检测焊接质量,尤其是不可见焊点的质量。

步骤3 X射线测试

目前，X射线检测是有效检测不可见焊点质量的主要方法。由于×射线不能透过焊料，所以X射线透视图可显示焊接厚度、形状及质量的密度分布。厚度与形状不仅能反映结构质量的指标，在测定开路、短路及焊接缺陷时，也是一项很有用的指标。

检测方法分为以下两种：

人工X射线检测

使用人工X射线检测设备。需要逐个检查焊点并确定其是否合格。大多数检测设备都配有手动或电动辅助装置使组件倾斜，以便更好地进行检测和摄像。人工检测方法的缺陷是容易出错。此外，人工设备并不适合对全部焊点进行检测，而只适合作工艺鉴定和工艺故障分析。这一点提请加工单位注意。

自动检测系统

全自动系统能对全部焊点进行检测。虽然已定义了人工检测标准，但全自动系统的检测正确度比人工×射线检测方法高得多。自动检测系统通常用于产量高且品种少的生产设备上；具有高价值或要求可靠性的产品也需要进行自动检测。

检测结果与需要返修的电路板要严格作到一一对应，送给返修人员。生产厂家还应该对检测结果及时进行统计，发现问题，改进生产工艺。

当前投放市场的×射线测试仪品种很多。中小企业可以根据自己的产能、加工要求、电路板的形状和大小灵活选用。最近较新出现的超高分辨率X射线系统在检测分析缺陷方面已达微米水平，为生产线上发现较隐蔽的质量问题(包括焊接缺陷)提供了较全面的、快捷的解决方法。另外，设备的放置、人员的配置等因素也要加以考虑。

BGA的检测工作是一项非常细致的工作，对操作人员的素质和经验都有很高的要求,生产厂家一定要根据实际生产情况，有针对性地制定出详细的操作工艺。

由于BGA封装形式与传统的表面元件不同，其引脚(球)分布在元件体底部，所以BGA的维修方式也不同于传统的表面元件。BGA返修工艺主要包括以下几步：

1)预热电路板、芯片

预热的主要目的是将潮气去除。如果电路板和芯片的潮气很小(如芯片刚拆封)，这一步可以免除。

2)拆除芯片

拆除的芯片如果不打算重新使用，而且电路板可承受高温，拆除芯片可采用较高的温度(较短的加热周期)。

3)清洁焊盘

主要是将拆除芯片后留在PCB表面的助焊剂，焊锡膏清理掉，必须使用符合要求的清洁剂。为了保证BGA的焊接可靠性，不能使用焊盘上的残留焊锡膏，必须将旧的焊锡膏清除掉，除非芯片上重新形成BGA焊锡球。由于BGA芯片体积小，清洁焊盘比较困难，所以在返修CSP芯片时，可考虑使用非清洗焊剂。

4)涂焊锡膏、助焊剂

在PCB上涂焊锡膏对于BGA的二次焊接质量有重要影响。为了准确均匀方便地涂焊锡膏，可选用标准的、与芯片相符的涂锡模板，将焊锡膏涂在电路板上。选择模板时，应注意模板的厚度，以便严格控制焊锡膏的用量。对个别焊接要求较高的器件必须用专用设备(如BGA3000或MP-2000微型光学对中系统)检验焊锡膏是否涂的均匀。目前。常用的焊锡膏有3可以选择：RMA焊锡膏、非清洗焊锡膏、水剂焊锡膏。使用RMA焊锡膏。回流焊时间可略长些；使用非清洗焊锡膏，回流温度应选的低些。

5)贴片

贴片时要注意使BGA芯片上的每一个焊锡球与PCB上相应的焊点对正。由于BGA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。目前常用的BGA3000和MP-2000等多种仪器都可以精确地完成这项任务。

6)热风回流焊

热风回流焊是整个返修工艺的关键。为保证焊接质量，有几个问题一定要重视：

·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。

·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100℃以前，最大的升温速度不超过6℃／秒，100℃以后最大的升温速度不超过3℃／秒。在冷却区，最大的冷却速度不超过6℃／秒。因为过高的升温和降温速度有可能损坏PCB和芯片，这种损坏有时是肉眼不能观察到的。

·热风回流焊中，PCB板的底部必须能够承受加热。这种加热的目的有两个：避免由于PCB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BGA，这种底部加热尤其重要。底部加热有两种方式：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。红外加热的优点是温度升高快，但缺点是PCB受热不均匀。

·要选择适当的热风回流喷嘴。热风回流喷嘴属于非接触式加热，应该将整个BGA元件单独封闭起来，加热时依靠高温空气流使BGA芯片上的各焊点的焊锡同时溶化，保证在整个回流过程中有稳定的温度环境，同时可保护相邻元件不被对流热空气加热损坏。

本文仅对BGA器件的检测和返修工艺作了说明，只要按照正确的步骤操作，BGA器件的焊接并不是一件神秘的工作。希望广大的中小企业集思广益，不断完善生产工艺，提高产品合格率。

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