BGA的高效返修

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1、BGA高效返修工艺技术北京控制工程研究所三车间刘英杰摘要:近年来，随着航天器电子产品印制电路板（PCB）设计日趋高密度化，BGA（BallGridArray，球栅阵列封装）这类小体积、多管脚、高可靠性的封装芯片逐渐得到了更多的应用，这在提升了航天器电子产品的综合性能的同时，也对电装工作者提出了更高的要求。本文围绕BGA封装芯片的返修工艺技术，首先简单介绍了BGA封装芯片的种类和特性，然后介绍了三车间生产使用的美国OK公司生产的BGA3592返修工作站主机的部件功能，接着作者结合自己贴装及返修百余块BGA芯片的工作经验，详细讲述了使用BGA3592返修工作站高效返修BGA芯片的工艺

2、技术方法。关键词:航天器;电子装联;BGA;返修;高效1.概述随着航天器电子产品向小型化、高性能方向的发展，对电路组装技术和Ｉ／Ｏ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ＳＭＴ中广泛使用的ＱＦＰ（PlasticQuadFlatPackage，四边扁平封装），封装间距的极限尺寸停留在０．３ｍｍ，这种间距其引线容易弯曲、变形或折断，相应地对ＳＭＴ（SurfaceMountedTechnology，表面组装技术）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ＱＦＰ，缺陷率仍相当高，使大范围应用受到制约。近些年

3、得到广泛应用的ＢＧＡ，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ｐｂ／ｓｎ凸点引脚，这就可以容纳更多的Ｉ／Ｏ数，且可以得到较大的引脚间距如１.５、１．２７ｍｍ，代替ＱＦＰ的０．４、０．３ｍｍ，很容易使用ＳＭＴ与ＰＣＢ上的布线引脚焊接互连，因此不仅可以使芯片在与ＱＦＰ相同的封装尺寸下保持更多的封装容量，又使Ｉ／Ｏ引脚间距较大，从而大大提高了ＳＭＴ组装的成品率，方便了生产和返修，因而ＢＧＡ元器件在航天器电子产品生产领域有者广泛的应用空间。但随着芯片引脚数的增加，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

4、手工工具就很难进行修理，需用专门的返修设备并根据一定的返修工艺来完成。本文首先简单介绍了BGA的种类和特性，然后针对三车间电子产品装联在线生产使用的OKIBGA3592返修工作站，介绍其主机的部件功能，并详细讲述了利用它高效返修BGA的工艺技术。2.ＢＧＡ元器件的种类和特性2.1ＢＧＡ元器件的种类按封装材料的不同，ＢＧＡ元件主要有以下几种：ＰＢＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃＢＧＡ　塑料封装的ＢＧＡ），ＰＢＧＡ是目前使用较多的ＢＧＡ，它使用６３Ｓｎ／３７Ｐｂ成分的焊锡球，焊锡的溶化温度约为１８３°Ｃ。焊锡球直径在焊接前直径为０．７５毫米，回流焊以后，焊锡球高度减为０．４６－０．４１毫米。ＰＢ

5、ＧＡ的优点是成本较低，容易加工，不过应该注意，由于塑料封装，容易吸潮，所以在电装前需要按照工艺要求烘烤6小时以上，否则由于焊接时的迅速升温，会使芯片内的潮气马上气化导致芯片损坏，有人称此为“苞米花”效应。ＣＢＧＡ（ｃｅｒａｍｉｃＢＧＡ　陶瓷封装的ＢＧＡ），ＣＢＧＡ焊球的成分为９０Ｐｂ／１０Ｓｎ　它与ＰＣＢ连接处的焊锡成分仍为６３Ｓｎ／３７Ｐｂ，ＣＢＧＡ的焊锡球高度较ＰＢＧＡ高，因此它的焊锡溶化温度较ＰＢＧＡ高，较ＰＢＧＡ不容易吸潮，且封装的更牢靠。ＣＢＧＡ芯片底部焊点直径要比ＰＣＢ上的焊盘大，拆除ＣＢＧＡ芯片后，焊锡不会粘在ＰＣＢ的焊盘上。ＣＣＢＧＡ（ｃｅｒａｍｉｃｃｏｌｕｍｎＢ

6、ＧＡ　陶瓷柱状封装的ＢＧＡ)，ＣＣＢＧＡ的焊锡柱直径为０．５１毫米，柱高度为２．２毫米，焊锡柱间距一般为１．２７毫米，焊锡柱的成分是９０Ｐｂ／１０Ｓｎ。ＴＢＧＡ（ｔａｐｅＢＧＡ　载带状封装的ＢＧＡ），ＴＢＧＡ的焊锡球直径为０．７６毫米，球间距为１．２７毫米。与ＣＢＧＡ相比，ＴＢＧＡ对环境温度要求控制严格，因芯片受热时，热张力集中在４个角，焊接时容易有缺陷。2.2ＢＧＡ元器件的特性概括起来，和ＱＦＰ相比，ＢＧＡ的特性主要有以下几点：１〕Ｉ／Ｏ引线间距大（如１．０，１．２７，１．５毫米），可容纳的Ｉ／Ｏ数目大（如１．２７毫米间距的ＢＧＡ在２５毫米边长的面积上可容纳３５０个Ｉ／Ｏ　而０

7、．５毫米间距的ＱＦＰ在４０毫米边长的面积上只容纳３０４个Ｉ／Ｏ）。２〕封装可靠性高（不会损坏管脚），焊点缺陷率低（＜１ｐｐｍ／焊点），焊点牢固。３〕ＱＦＰ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０．４毫米时，对中与焊接十分困难。而ＢＧＡ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。４〕容易对大尺寸电路板加工丝网板。５〕管脚水平面同一性较ＱＦＰ容易保证，因为焊锡球在溶化以后可以自动补偿芯片与ＰＣＢ之间的平面误差。６〕回流焊时，焊点之间的张力产生良好的自对中效果