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实现BGA的良好焊接
【来源:SMT技术天地】【作者:余瑜】【时间:2005-12-169:04:47】【点击:1263】

上海朗讯科技通信设备有限公司余瑜
随着电子技术的发展，电子元件朝着小型化和高密集成化的方向发展。BGA元件已越来越广泛地应用到SMT装配技中来，并且随着uBGA和CSP的出现，SMT装配的难度是愈来愈大，工艺要求也愈来愈高。由于BGA的返修的难度颇大，故实现BGA的良好焊接是放在所有SMT工程人员的一个课题。这里就BGA的保存和使用环境以及焊接工艺等两大方面同大家讨论。
BGA的保存及使用
BGA元件是一种高度的温度敏感元件，所以BGA必须在恒温干燥的条件下保存，操作人员应该严格遵守操作工艺流程，避免元器件在装配前受到影响。一般来说，BGA的较理想的保存环境为200C-250C,湿度小于10%RH（有氮气保护更佳）。
大多数情况下，我们在元器件的包装未打开前会注意到BGA的防潮处理，同时我们也应该注意到元器件包装被打后用于安装和焊接的过程中不可以暴露的时间，以防止元器件受到影响而导致焊接质量的下降或元器件的电气性能的改变。下表为湿度敏感的等级分类，它显示了在装配过程中，一旦密封防潮包装被开，元器件必须被用于安装，焊接的相应时间。一般说来，BGA属于5级以上的湿度敏感等级。
表1湿度敏感等级。
等级时间时间1无限制≤30ºC/85%RH2一年≤30ºC/60%RH2a四周≤30ºC/60%RH3168小时≤30ºC/60%RH472小时≤30ºC/60%RH548小时≤30ºC/60%RH5a24小时≤30ºC/60%RH6按标签时间规定≤30ºC/60%RH如果在元器件储藏于氮气的条件下，那么使用的时间可以相对延长。大约每4-5小时的干燥氮气的作用，可以延长1小时的空气暴露时间。
在装配的过程中我们常常会遇到这样的情况，即元器件的包装被打开后无法在相应的时间内使用完毕，而且暴露的时间超过了表1中规定的时间，那么在下一次使用之前为了使元器件具有良好的可焊性，我们建议对BGA元件进行烘烤。烘烤条件下：温度为1250C，相对相湿度≤60%RH，烘烤时间参考表2。
烘烤的温度最不要超过1250C，因为过高的温度会造成锡球与元器件连接处金相组织变化，而当这些元器件进入回流焊的阶段时，容易引起锡球与元器件封装处的脱节，造成SMT装配质量问题，我们却会认为是元器件本身的质量问题造成的。但果烘烤的温度过低，则无法起到除湿的作用。在条件允许情况下，我们建议在装配前将元器件烘烤下，有利于消除BGA的内部湿气，并且提高BGA的耐热性，减少元器件进入回流焊受到的热冲击对器件的影响。BGA元器件在烘烤后取出，自然冷却半小时才能进行装配作业。
表2烘烤时间
封装厚度湿度敏感等级烘烤时间≤1.4MM2a4小时37小时49小时510小时5a14小时≤2.0MM2a18小时324小时331小时5a37小时≤4.0MM2a48小时348小时348小时348小时5a48小时BGA的焊接工艺要求
在BGA的装配过程中，每一个步骤，每一样工具都会对BGA的焊接造成影响。
1.焊膏印刷
焊膏的优劣是影响表面装贴生产的一个重要环节。选择焊膏通常会考虑下几个方面：良好的印刷性好的可焊性好的可焊性低残留物。一般来说，我们采用焊膏的合金成分为含锡63％和含铅37％的低残留物型焊膏。
表3显示了如何根据元器件的引脚间距选择相应的焊膏。从表中可以看出元器件的引脚间别具匠心越，焊膏的锡粉颗越小，相对来说印刷较发好。但并不是说选择焊膏锡粉颗越小越好，因为从焊接效果来说，锡粉颗粒大的焊膏焊接效果要比锡粉颗粒小的焊膏好。因此，我们在选择时要从各方面因素综合考虑。由于BGA的引脚间较小，丝网模板开孔较小，所以我们采用直径为45M以下的焊膏，以保证获得良好的印刷效果。
表3焊膏锡粉形状与颗粒直径
引脚间距（MM）1.2710.80.650.50.4锡粉形状非球型球型球型球型颗粒直径（um）22-6322-6322-6322-38印刷的丝网模板一般采用不锈钢材料。由于BGA元器件的引脚间距较小，故而钢板的厚度较薄。一般钢板的厚度为0.12MM-0.15MM。钢板的开口视元器件的情况而定，通常情况下钢板的开口略小于焊盘。
例如：外型尺寸为35MM，引脚间别具匠心为1.0MM的PBGA，焊肋直径为23MIL。我们一般将钢板的开口的大小控制在21MIL.
在印刷时，通常采用不锈钢制的60度金属刮刀。印刷的压力控制有3.5KG-10KG的范围内。压力太大和太小都对印刷不利。印刷的速度控制在10MM/SEC-25MM/SEC之间，元器件的引脚间距愈小，印刷速度愈慢。印刷后的脱离速度一般设置为1MM/SEC之间，如果是uBGA或CSP器件脱模速度应更慢大约为0.5MM/SEC。另外，