【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第126页
流焊曲线 为不同位 置 的 元器件焊 接 使用 。此章 节 将 主要 聚 焦 在成 功 返 工 PBGA 应 满 足 的 条 件 。 BGA 返 工主要有四个部 分： 拆除 元器件 、 修整 位 置 、贴装 元器件 以 及 对 元器件 进 行再流焊 接。 这些 都会在下文中 讨论 到。 7.9.2 BGA 的 拆除 拆除 BGA 时， 需 要 决定 该 元器件 是 植 球 后 重 新 使用 还只 是 简 单 废 弃 。 如 果 要对 B…
装的视频显微图像。值得注意的是图7-56b中基
板上的波纹，这很可能是再流焊时出现应力释
放的特征。
7.8.8 缺陷相关性/⼯艺改善 利用检验信息来
控制制造工艺，使得质量和产量最大化是重要
的。制造工艺给每个元器件都留下了信息（可
接受或不可接受）；这种信息可以通过检验观察
到。该信息可用之前讨论过的方法和工具观察
到。
在许多情况下，BGA的目视检
查是任何问题的
第一线索。作业员可以查看BGA所有四个侧面
的边缘。BGA和电路板的距离应该呈现均匀同
时焊球的形状也应表现一致。
为了直接观察BGA下的焊料连接，X射线或者光
学检测（内窥镜）是必要的。这些方法可用于
检测明显的 缺 陷 ， 如桥接和焊 球缺失。对于
表征BGA再流工艺它们也是有用的。检验时应对
BGA焊球尺寸
和形状的一致性进行检查。缺少
润湿指示时，焊球应该表现为圆形且整个封装具
有相同的尺寸。再流焊前直径为0.75mm PBGA
中焊球会在再流焊后膨胀至标称直径0.90mm，
增大了20%。从封装中心至边缘，焊球面积的变
化通常为10-15%，但是大于这个面积变化则表明
再流焊工艺有问题。
以一个角度对BGA的X射线检测，对于检验与连
接盘接触区域的BGA焊球形状也是有用的。通
过改变X射线检测的角度，连接盘将会偏移从而
避免遮盖焊球其余部分。这允许操作者检验在
连接盘上形成的焊料连接形状，以验证连接盘
与焊球相接触且焊料与连接盘完全润湿。
焊料连接的 X射线图像定量测量可以通过图像
分析软件完成。这类软件非常有用，但对于检验
BGA
是不需要的。软件的优点在于能够识别和
显示操作者难以观察到的焊料连接图像在尺寸
和形状上细微变化。这些细小的变化是组装元
器件的工艺信号，可用于监控并纠正工艺缺陷，
许多信号与已知的工艺缺陷相关联。
7.9 维修⼯艺
7.9.1 返⼯/维修理念 塑封BGA是一种适应性
强的元器件封装。由于其有自我对齐的特性，
球栅阵列可贴装在多达
50%焊球偏离连接盘处，
再流焊时，封装会适当的自我对齐。采用受控的
工艺和合适的设备，返工就可保持在最小化。
市场上有许多返工系统，大部分采用棱镜贴装，
它可观测到焊球图像叠加到板子上的连接盘图
形。大部分系统也有电路板预热并储存有许多再
图7-55 爆⽶花效应的X射线图像
IPC-7095c-7-56a.b
图7-56 显⽰BGA翘曲的X射线图像
X-射线图像a)显⽰了右下⾓球焊畸形；具有明显拉长的特征，
同⼀位置使⽤⽬视显微镜也可观察到。B) 显⽰翘曲，焊球顶
部远离封装。
(a)
(b)
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流焊曲线为不同位置的元器件焊接使用。此章
节将主要聚焦在成功返工PBGA应满足的条件。
BGA返工主要有四个部分：拆除元器件、修整位
置、贴装元器件以及对元器件进行再流焊接。
这些都会在下文中讨论到。
7.9.2 BGA的拆除 拆除BGA时，需要决定该
元器件是植球后重新使用还只是简单废弃。如
果要对BGA重新植球并重新使用，需做出特殊
的考虑，即：元器件供应商建议的最大
再流循
环次数。通常推荐的最大次数为3次，所以对一
已拆除过的BGA进行重新植球并重新安装将会
超过这个数字。因此，重植球过的BGA总会超过
这个极限。许多OEM厂商不允许重新植球BGA
或回用任何元器件。如确需进行，则进行前应
与客户核实。
如果元器件需要重复利用且为模塑成型，则需
要
烘烤。这些封装不是密封的，因此它们如果
暴露在超 出 湿度控制范围的环境下的时间大于
J-STD-020中所允许的时间，就会吸收水分。烘
烤过程可排除潮湿并防止“爆米花效应”，“爆
米花效应”是再流焊期间水在元器件内汽化并导
致灾难性失效。拆除前另一个考量是关注BGA
相邻的元器件。如果使用热风返修，并且要采
用的曲线超过了每秒4°C
，为避免热冲击或二次
再流，BGA周围的元器件可能需要遮蔽。常用
于波峰焊工艺的聚酰亚胺胶带或水溶性膜可用
于遮盖元器件。这些不足可通过适当的设备设
计予以解决。图7-57中可见聚酰亚胺带所做的遮
蔽材料，当用热风进行BGA维修时，可用它来
防止相邻元器件免受损坏。
对于无铅工艺，在制作拆除和重焊BGA的温度
曲线时，建议将板子正面和反面的温度差最小
化。在设定温
度曲线时，应增加印制板反面加
热量，提升反面温度以减少正面风嘴加热量。
这将最小化裸板潜在分层或者传递给相邻元器
件的热暴露。
7.9.3 替换
7.9.3.1 连接盘图形位置修整 BGA一旦从电路
板移除，连接盘图形上的焊料就需要清除。吸
锡器和吸锡带可有效地清除连接盘上的焊料。
使用任何此类工具时应小心，因为连接盘由于
过度受热和受压可能会翘起。在贴装新
BGA之
前，每个连接盘都必须是完全平整和清洁的。
对于无铅合金较高的温度，尽量减少与连接盘和
导通孔（狗骨设计）之间的阻焊坝的接触很关
键。较高的温度会增加损伤阻焊膜的可能性，
这也受裸板的表面处理类型的影响。能够影响
阻焊膜与连接盘间附着力的两个变量是阻焊膜
坝的长度（推荐使用侵入型导通孔）和裸印制
板的表面处理。
7.9.3.2 助焊剂施加 尽管侵入
导通孔连接盘的
阻焊膜覆盖在裸铜上，但遭遇到表面处理化学
品时，其附着力会受到影响。
可采用两种不同的助焊剂施加方法；膏状／液
态助焊剂或焊膏。但是，只使用助焊剂（液态或
膏状）仅适用于共晶BGA重新连接时。另外，
一些应用需要添加焊膏以提高焊点强度。如果使
用膏状助焊剂（也被称为粘性助焊剂），需要确
保焊球是Sn63/Pb37(共晶
)。许多陶瓷BGA使用
的是Pb90/Sn10焊球，其再流焊温度为302°C。
如果焊球不是Sn63/Pb37，那么必须使用焊膏。
如果焊球是Sn63/Pb37，BGA重新封装时通常使
用液态助焊剂或助焊膏，特别是少于208个焊球
的BGA。助焊剂施加于连接盘图形或BGA焊球
上，然后将BGA置放在上面。这种方法的一个缺
点为共面度问题。如果连接盘不够平整，一些
焊球将无法与连接盘
接触。过量施加助焊剂也
会造成焊球之间的桥接。对于大部分塑封BGA
来说，焊球合金将会再流融入焊点。
7.9.3.3 焊膏施加 焊膏施加是首选的方法，但
是这确实会增加返工过程时间和工装成本。可
用小型模板对局部施加焊膏。当为陶瓷封装定
做小型模板时，应采用与初次印刷相同的开孔/
厚度，这可确保返工后陶瓷封装元器件的可靠
性。这些模板可从不同供应商
处采购，并应调
整以适应特定的连接盘图形。当应用到连接盘
图形时，可用夹具或胶带固定模板。
当采用这些方法时，必须考虑焊膏处理和模板
清洁问题。焊膏也可通过带有其它合适模具的
注射器或焊膏喷涂框架施加于BGA上，施加的
焊膏量应严格控制。当为CSP类元器件印刷焊膏
时，可能没有足够的空间将小型模板放置在裸
板上。在这种情况下，作为替换工艺，通常的
工艺是将锡膏丝印至封装（
焊球底部），然后将
此封装放置在板子上。
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7.9.3.4 返⼯问题 封装间的间距一直在变小，
即使厂商有一些针对封装间间距的可制造性设
计（DfM）指南，但制造一线的相关人员深知
DfM指南并没有一直被遵循。因此，使用小型
模板来印刷焊膏变得越来越困难。同时，由于
每种尺寸和类型的封装器件都需要各自的小型
模板，这不仅延缓了返工进度，而且迅速增加
了维修成本。
随着封装间间距的逐步
减小，使用小型模板并不
是唯一问题。拆除不同型号和尺寸的元器件需
要使用不同的热风嘴，这也增加了返工的成本和
复杂性。另外，邻近元器件焊点可能会融化也
是个严重的问题，因为不必要的再流，除了增
加金属间化合物厚度而使焊点弱化之外，电路
板还必须在返工前烘烤而增加了循环时间。
返工的产量是十分重要的。对BGA和某些大型元
器件，每
个元器件拆除和重新贴装至少要花20
分钟。返工时另一重要的问题是PCA板翘曲。
产生翘曲的部分原因是对其局部相对长时间高
强度加热，这对拆除元器件是必不可少的。
对于BGA维修，如今有两种返工工艺：热风和
激光。热风最为普遍。拆除和更换表面贴装元
器件（包括BGA和CSP）的新工艺则是基于激
光的。
对同一位置的BGA多次返工会导致印制线
路板
孔壁开裂。因此要仔细考虑印制线路板材料及
其所能承受的热循环次数。
7.9.3.5 BGA维修的热风系统 热风系统有完
全人工或是半自动的。使用喷嘴对所要返工的
元件吹热风，当所有焊点的焊料融化时，从板上
移除该元件。用喷嘴对板子正面加热前，先要
对板子的反面进行均匀预热使整个板子达到预
设的温度，这样可以减少热
冲击。热风通常由
专门设计的喷嘴直接吹向BGA封装，封装本体由
吹向封装的热风加热，并传导到封装内部。刚开
始喷嘴应距离封装本体一段距离（通常为25mm
或更多）进行预热。紧接着喷嘴降低至封装本
体上方某一点，使其温度快速上升直至峰值温
度。在这个吹热风的过程中，即便是相距12mm
远的邻近
元器件的焊点也会发生再流，这是一
个不想要和不期望的结果。在高速气流下，诸如
CSP的小型元器件在返工时容易移动。
拆除元器件后，为重新组装而进行的焊膏施加
是最困难也是最耗时的工艺。但是，只用助焊剂
（液态或膏状）仅适用于共晶BGA重新组装。
一些应用需要额外的焊料以促成一个稳固的连
接点。通常来说，小型模板或喷涂机可用于施
加焊膏。对于每
种类型和尺寸元件的返工，热
风喷嘴和小型模板这两者都是需要的，它们都
要求在返工时有足够的封装间隔距离。电路板
图7-57 BGA/组件热屏蔽⽰例
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