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ＢＧＡ簡介

BGA是Ball Grid Array的縮寫，按字面可直譯為 球柵陣列 ，BGA是貼裝IC的一種新的封裝形式，其引出端（引腳）呈距陣狀分布在底面上，完全改變了引端分（引腳）布在兩側(cè)或四邊的封裝形式，這樣相同引出端數(shù)的BGA其焊點分布要比PLCC、QFP封裝形式的引出腳間距疏松的多。如果維持相同間距則BGA的引出端（引腳）比QFP多得多。如果一個313引出端（引腳）的PBGA在電路板上占用一個有304引出腳的PQFP封裝所占用的空間少34％，同時BGA的安裝高度也比PQFP小，313引出腳的PBGA的高約2.1mm，304引出腳的FQFP的高度為3.7mm。因此普遍認為BGA是高密度、高性能和I/O端子數(shù)的VISI封裝的最佳選擇。到目前為止，BGA按照封裝材料的不同，BGA器件主要有以下幾種：

（1） PBGA（Plastic BGA塑料封裝的BGA）;PBGA封裝是BGA中最重要的一種，如圖所示：

BGA主要結(jié)構(gòu)分為三部分：主體基板、芯片和封裝。基板一面焊接面，另一面為芯片封裝面。焊接面上球形焊矩陣狀排列。基板為特別精細的印制線路板，有雙面板與多層板幾種形式。對于引出端數(shù)較多的基板一般為多層板，內(nèi)部為走線層與電源、接地層。對于引出數(shù)端較少的基板用雙面板即可。在芯片封裝面上IC芯片以COB方式與基板連接。

另外還需注意的是：通常BGA對潮濕非常敏感，尤其是OMPAC，它能使封裝器件與襯底裂開。這是由于粘模片的環(huán)氧樹脂吸附潮氣，當器件被加熱到再流溫度時，它所吸附的潮氣就會汽化，在環(huán)氧樹脂內(nèi)造成大的應力，水汽要模片下的襯底上形成氣泡，這將導致炸裂。如果吸附的潮氣很多，那么炸裂就會很厲害，可能會一直延伸到襯底的四周。因此最好在安裝前，把器件放在125度的烤箱中烤24小時，這種烘烤最好能在惰性氣體環(huán)境中進行。

2、BGA器件的焊接

BGA器件的焊接設備一般采用熱風對流及紅外輻射兩種方式，現(xiàn)在新型的返修設備一般都采用熱風和紅外混合加熱方式，加熱過程中同樣要求加熱溫度是可控制的，可通過設置最高溫度和加熱計時器來保證焊接可重復性。

BGA貼裝

貼裝BGA器件比貼裝細間距QFP器件簡單，BGA焊球至器件的邊緣公差很小，以器件的輪廓為基準，就能把器件放準確，另外，由于BGA在再流焊中受熔化焊球的表面張力的作用，即使器件與焊盤的偏差達到50％，也會很好地自動校準。

BGA回流焊技術(shù)

BGA焊接采用BGA回流焊技術(shù)，分紅外加熱爐和熱風對流加熱爐兩種方式，這一工藝與QFP表面安裝工藝非常相似。焊球開始時的直徑約是25mil，在回流焊中塌陷為3到7mil，這一過程也被叫做受控芯片載體塌陷連接。在BGA回流焊過程中，溫度控制是必不可少的，一定要依據(jù)BGA制造商提供的數(shù)據(jù)，否則可能損壞BGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時應防止由于回流時間過長而造成的器件損壞。一般回流焊條件為：最佳溫度215度，最高溫度低于240度，熔化溫度下保持60到90秒。 注意事項如下：

（a）BGA返修回流焊的曲線應當與BGA的原始焊接曲線接近，熱風回流焊曲線可分成四個區(qū)間：預熱區(qū)、加熱區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)，四個區(qū)間的溫度、時間參數(shù)可以分別設定。

（b） 在回流焊過程中要正確選擇各區(qū)的加熱溫度和時間，同時應注意升溫的速度。一般在100度以前，最大的升溫速度不超過6度/秒，100度以后最大的升溫速度不超過3度/秒，在冷卻區(qū)，最大的冷卻速度不超過6度/秒。因為過高的升溫速成度和降溫速度都可能損壞PCB和BGA，這種損壞有時是肉眼不能觀察到的。不同的BGA，不同的焊膏，應選擇不同的加溫度和時間。對免洗焊膏，其活性低于非免洗焊膏，因此，焊接溫度不宜過高，焊接時間不宜過長，以防止焊料顆粒的氧化。

（c） 熱風回流焊中，PCB板的底部必須能夠加熱。這種加熱的目的有二個：避免由于PCB板的單面受熱而產(chǎn)生翹曲和變形；使焊膏熔化的時間縮短。對大尺寸板的BGA返修，這種底部加熱尤其重要。BGA返修設備的底部加熱方式有兩種，一種是熱風加熱，一種是紅外線加熱。熱風加熱的優(yōu)點是加熱均勻，一般返修工藝建議采用這種加熱。紅外加熱的缺點是PCB受熱不均勻。

（d）要選擇好的熱風回流噴嘴。熱風回流噴嘴屬于非接觸式加熱，加熱時依靠高溫空氣流使BGA上的各焊點的焊料同時熔化。保證在整個回流過程中有穩(wěn)定的溫度環(huán)境，同時可保護相鄰器件不被對流熱空氣回熱損壞。

BGA焊接后的檢測

因為在BGA焊接后，其焊點不容易看到，所以檢查BGA的焊點就比檢查其它表面安裝的焊點難多了，但與BGA的極高的安裝產(chǎn)量相比，這一缺點也就不算什么了。由于原子密度的不同，在檢測漏焊、虛焊和重焊時用X射線系統(tǒng)來檢測焊點的開路虛焊，可在板子設計時對焊盤形狀做一簡單的修改，如在每一焊點的園焊盤旁加一與園焊盤連接的小標記，這樣在再流焊期間，如果焊點是好的，那么來自焊球的焊料會充滿標記區(qū)，否則該標記上無焊料。

但是對于一般的BGA返修焊接后來說，用X射線檢查焊接缺陷是不現(xiàn)實的，一般可以通過查看錫球融化后芯片邊界與PCB板的距離來判斷BGA焊接是否良好（這個需要經(jīng)驗多觀察）。

BGA返修

BGA的返修技術(shù)在于如何將BGA器件無損傷從PCB上拆卸下來，再將新的器件準確地貼裝上去并高質(zhì)量地焊接。由于下面三個原因BGA的返修成本明顯地高于QFP：

（1）BGA組裝的任何缺陷都需要全部返修，不能像QFP可以單獨對其中的一個或多個有焊接缺陷的引腳因為單一的短路或開路進行返修；

（2）返修一個BGA比QFP更困難，同時需要附加的工具投資更大；

（3）返修的BGA器件一般被扔掉，而有些QFP如果在拆卸時足夠小心的話還可再利用。

BGA器件的拆卸和BGA回流焊方式一樣，如果采用熱流方式，熱噴嘴應置于要返修修的BGA表面上5mm處，并從頂部加熱。一般不從器件底部加熱，因為這樣會導致剝離損壞，并使鄰近器件局部再流。如果要拆下的器件早已是壞的，就不用考慮熔化溫度和時間；如果要拆下的器件還準備再用，那么為了避免爆裂，在拆下器件之前，先要在125度溫度下烘烤24小時。在加熱和拆卸之前，在器件下面加一些液體助焊劑可使加熱均勻。為避免板子或其它器件的損，要小心地控制其加熱量、加熱方向和熱溢出量等。

器件拆卸后，必須為新器件的焊接做好準備，清除遺留在板子上的焊料。同時為了保證焊盤陣列的共面性和清潔度，為新的BGA焊接創(chuàng)造良好的環(huán)境，還原對返修區(qū)進行熱風整平，首先施加助焊劑，然后降低BGA拆卸噴嘴進行熱風對流，這將有效地清除任何遺留在PCB上微小焊毛刺及殘渣，從而保證良好的可焊性。

返修期間BGA器件的對準問題相對容易，通過使用PCB上的適當標志，大部分操作者都能把BGA貼放到焊盤的25％范圍之內(nèi)。然后通過再流期間焊料的表面張力將BGA拉到適當?shù)奈恢?這就是自對中)。

BGA器件的返修焊接與拆卸一樣，溫度控制是絕對重要的，一般再流溫度為210度到215度時間最長75秒，同時還應參照BGA制造者提供的再流參數(shù)，否則會損壞BGA器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。