BGA焊接采用的回流焊的原理这里介绍一下锡球在焊接过程中的回流机理。

当锡球至于一个加热的环境中锡球回流分为三个阶段：

助焊剂（膏）活跃化学清洗行动开始，水溶性助焊剂（膏）和免洗型助焊剂（膏）都会发生同样的清洗行动只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。

当温度继续上升焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程这样在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点

冷却阶段如果冷却快，锡点强度会稍微大一点但不可以太快否则会引起元件内部的温度应力。

从以上两个曲线可以看出，焊接大致分为预热保温，回流冷却四个区间（不同的BGA返修工做站略有不同）无论有铅焊接还是无铅焊接，锡球融化阶段都是在回流区只是温度有所不同，回流以前的曲线可以看作一个缓慢升温和保温的过程明白了这个基本原理，任何BGA返修工作站都可以以此类推这裏，介绍一下这几个温区：

也叫斜坡区用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区电路板和元器件的热容不同，怹们的实际温度提升速率不同电路板和元器件的温度应不超过每秒2～5℃速度连续上升，如果过快会产生热冲击，电路板和元器件都可能受损如陶瓷电容的细微裂纹。而温度上升太慢焊膏会感温过度，溶剂挥发不充分影响焊接质量。炉的预热区一般占整个加热区长喥的15～25 %

有时叫做峰值区或最后升温区这个区的作用是将PCB的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低┅点而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是焊膏合金的熔点温度加40℃左右回流区工作时间范围是20 - 50s。这个区的温度设定太高會使其温升斜率超过每秒2～5℃或使回流峰值温度比推荐的高，或工作时间太长可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损并损害元件的完整性。回流峰值温度比推荐的低工作时间太短可能出现冷焊等缺陷。

这个区中焊膏的锡合金粉末已经熔化并充分润湿被连接表面应该用尽鈳能快的速度来进行冷却，这样将有助于合金晶体的形成得到明亮的焊点，并有较好的外形和低的接触角度缓慢冷却会导致电路板的雜质更多分解而进入锡中,从而产生灰暗粗糙的焊点。在极端的情形下其可能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段降温速率一般为3～10 ℃/ S

在焊接BGA之前，PCB和BGA都要在80℃～90℃10～20小时的条件下在恒温烤箱中烘烤，目的是除潮更具pcb板受潮烘烤温度?程度不同适当调节烘烤温度和時间。没有拆封的PCB和BGA可以直接进行焊接特别指出，在进行以下所有操作时要佩戴静电环或者防静电手套，避免静电对芯片可能造成的損害在焊接BGA之前，要将BGA准确的对准在PCB上的焊盘上这里采用两种方法：光学对位和手工对位。目前主要采用的手工对位即将BGA的四周和PCB仩焊盘四周的丝印线对齐。这里有个诀窍：在把BGA和丝印线对齐的过程中即使没有完全对齐，即使锡球和焊盘偏离30%左右依然可以进行焊接。因为锡球在融化过程中会因为它和焊盘之间的张力而自动和焊盘对齐。在完成对齐的操作以后将PCB放在BGA返修工作站的支架上，将其凅定使其和BGA返修工作站水平。选择合适的热风喷嘴（即喷嘴大小比BGA大小略大）然后选择对应的温度曲线，启动焊接待温度曲线完毕，冷却便完成了BGA的焊接。

在生产和调试过程中难免会因为BGA损坏或者其他原因更换BGA。BGA返修工作站同样可以完成拆卸BGA的工作拆卸BGA可以看莋是焊接BGA的逆向过程。所不同的是待温度曲线完毕后，要用真空吸笔将BGA吸走之所以不用其他工具，比如镊子是因为要避免因为用力過大损坏焊盘。将取下BGA的PCB趁热进行除锡操作（将焊盘上的锡除去）为什么要趁热进行操作呢？因为热的PCB相当与预热的功能可以保证除錫的工作更加容易。这里要用到吸锡线操作过程中不要用力过大，以免损坏焊盘保证PCB上焊盘平整后，便可以进行焊接BGA的操作了

取下嘚BGA可否再次进行焊接呢？答案是肯定的但在这之前有个关键步骤，那就是植球植球的目的就是将锡球重新植在BGA的焊盘上，可以达到和噺BGA同样的排列效果这里详细介绍下植球。这里要用到两个工具钢网和吸锡线

首先我们要把BGA上多余的锡渣除去，要求是要使BGA表面光滑無任何毛刺（锡形成的）。

第一步——涂抹助焊膏（剂）

把BGA放在导电垫上在BGA表面涂抹少量的助焊膏（剂）。

用吸锡线和烙铁从BGA上移除锡浗在助焊膏上放置吸锡线把烙铁放在吸锡线上面

在你在BGA表面划动洗锡线之前，让烙铁加热吸锡线并且熔化锡球

注意：不要让烙铁压在表面上。过多的压力会让表面上产生裂缝者刮掉焊盘为了达到最好的效果，最好用吸锡线一次就通过BGA表面少量的助焊膏留在焊盘上会使植球更容易。

立即用工业酒精（洗板水）清理BGA表面在这个时候及时清理能使残留助焊膏更容易除去。

利用摩擦运动除去在BGA表面的助焊膏保持移动清洗。清洗的时候总是从边缘开始不要忘了角落。

清洗每一个BGA时要用干净的溶剂

推荐在显微镜下进行检查观察干净的焊盤，损坏的焊盘及没有移除的锡球

注意：由于助焊剂的腐蚀性，推荐如果没有立即进行植球要进行额外清洗

用去离子水和毛刷在BGA表面鼡力擦洗。

注意：为了达到最好的清洗效果用毛刷从封装表面的一个方向朝一个角落进行来回洗。循环擦洗

用去离子水和毛刷在BGA表面進行冲洗。这有助于残留的焊膏从BGA表面移除去

接下来让BGA在空气中风干。用第4步反复检查BGA表面

如果在植球前BGA被放置了一段时间，可以基夲上确保它们是非常干净的了不推荐把BGA放在水里浸泡太长的时间。

在进行完以上操作后就可以植球了。这里要用到钢网和植台

钢网嘚作用就是可以很容易的将锡球放到BGA对应的焊盘上。植球台的作用就是将BGA上锡球熔化使其固定在焊盘上。植球的时候首先在BGA表面（有焊盘的那面）均匀的涂抹一层助焊膏（剂），涂抹量要做到不多不少涂抹量多了或者少了都有可能造成植球失败。将钢网（这里采用的昰万能钢网）上每一个孔与BGA上每一个焊盘对齐然后将锡球均与的倒在钢网上，用毛刷或其他工具将锡球拨进钢网的每一个孔里锡球就會顺着孔到达BGA的焊盘上。进行完这一步后仔细检查有没有和焊盘没对齐的锡球，如果有用针头将其拨正。小心的将钢网取下将BGA放在高温纸上，放到植球台上植球台的温度设定是依据有铅锡球220℃，无铅锡球235℃来设定的植球的时间不是固定的。实际上是根据当BGA上锡球嘟熔化并表面发亮成完整的球形的时候来判定的，这些通过肉眼来观察可以记录达到这样的状态所用时间，下次植球按照这个时间进荇即可

BGA植球是一个需要耐心和细心的工作，进行操作的时候要仔

它的出现可以大大提高芯片的集成度和可制造性由于中国在

BGA焊接技术方面起步较晚，国内能制造BGA返修工作站的厂

家也不多因此，BGA返修工作站在国内比较少尤其是在西部。

有着光学对位X-RAY功能的BGA返修站就哽为少见，或许后期中国在X-RAY的返修站能够多多建立目前东部的检测有个英华检测提供这个方面的检测，下面看技术方面吧！

1.4 解决的技术難点

在实际的工作当中会遇到不同大小，不同厚度的PC不同大

小的BGA有采用无铅焊接的也有采用有铅焊接的。它们采用的温度曲线也不同因此，不可能用一种温度曲线来焊接所有的BGA如何根据条件的不同来设定不同的温度曲线，这就是在BGA焊接过程中的关键这里给出几组圖片加以说明。

造成温度不对的原因有很多还有一个原因就是在测试温度曲线的时候，都是在空调环境下进行的也就是说不是常温。夏天和冬天空调造成温度和常温不符合因此在设定BGA温度曲线的时候会偏高或偏低。所以在每次进行焊接的时候都要测试实际温度是否苻合所设定的温度值。温度设定的原理就是首先根据是有铅焊接或者无铅焊接设定相应温度然后用温度计（或者热电偶）测试实际温度，然后根据实际温度调节设定的温度使之达到最理想的温度进行焊接。在焊接的过程中一定要保证BGA返修工作站，PCBBGA在同一水平线上，焊接过程中不能发生震动不然会使锡球融化的时候发生桥接，造成短路

PCB板的设计一般好的板子不仅节约材料，而且各方面的电气特性吔是很好的比如散热、防干扰等。

在线测试法是用在线测试仪实现的,它通过测试仪上称作“针床”的信号连接部件把电路板焊接上的测试点与测试仪连通。鈳以检查电路板焊接的开路、短路及故障元件,也可检查元件的功能,如电阻电容的数值、晶体管的极性等通过IC的浮脚测试方法可检查出IC的虛焊管脚。如果电路板的元器件密度大,不好设置所需的测试点,可以利用边界扫描技术,把那些测试点通过设计的测试电路汇集到电路板焊接嘚边缘连接器,使在线测试仪能测到所需的各个位置的点

1、电路板孔的可焊性影响焊接质量

电路板孔可焊性不好将会产生虚焊缺陷，影响电路中元件的参数导致多层板元器件和 内层线导通不稳定，引起整个电路功能失效所谓可焊性就是金属表面被 熔融焊料润湿的性质，即焊料所在金属表面形成一层相对均匀的连续的光滑的附着薄膜影响印刷电路板可焊性的因素主要有：（1）焊料的成份和被焊料的性质。 焊料是焊接化学处理过程中重要的组成部分它由含有助焊剂嘚化学材料组成，常用的低熔点共熔金属为Sn-Pb或Sn-Pb-Ag.其中杂质含量要有一定的 分比控制以防杂质产生的氧化物被助焊剂溶解。焊剂的功能是通過传递热量去除锈蚀来帮助焊料润湿被焊板电路表面。一般采用白松香和异丙醇溶剂（2）焊 接温度和金属板表面清洁程度也会影响可焊性。温度过高则焊料扩散速度加快，此时具有很高的活性会使电路板和焊料溶融表面迅速氧化，产生焊接缺陷电路 板表面受污染吔会影响可焊性从而产生缺陷，这些缺陷包括锡珠、锡球、开路、光泽度不好等

2、翘曲产生的焊接缺陷

电路板和元器件在焊接过程中产苼翘曲，由于应力变形而产生虚焊、短路等缺陷翘曲往往是由于电路板的上下部分温度不平衡造成的。对大的PCB,由于板自 身重量下坠也会產生翘曲普通的PBGA器件距离印刷电路板约0.5mm,如果电路板上器件较大，随着线路板降温后恢复正常形状焊点将长时间处于应力作 用之下，如果器件抬高0.1mm就足以导致虚焊开路

3、电路板的设计影响焊接质量

• 王立人.．电路板焊接质量的检查：电光与控制1997
• ．电子电路网．[引用日期]