技术与热点应用 您所在的位置:电子展览网 > 行业资讯 > 技术与热点应用 > 手机设计与制造

BGA焊接质量控制要点




关键词:

当今电子产品向小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展,BGA器件的应用越来越广泛。BGA技术的出现是IC器件从四边引线封装到阵列焊点封装的一大进步,它实现了器件更小、引线更多,以及优良的电性能,封装可靠性更高。管脚共面性较QFP更容易保证,而且因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,所以允许有50%的贴片精度误差,回流焊后有良好的自对中效果,焊点更牢固。
BGA器件的结构可按焊点形状分为两类:球形焊点和柱状焊点。球形焊点包括陶瓷球栅阵列 CBGA(Ceramic Ball Grid Array)、载带自动键合球栅阵列 TBGA(Tape Automatec Ball Grid Array)塑料球栅阵列PBGA(Plastic Ball Array)。 CBGA、TBGA和PBGA是按封装方式的不同而划分的。柱形焊点称为CCGA(Ceramic Column Grid Array)。
BGA器件的大量应用对SMT装配工艺水平要求更高,由于BGA器件的检测和返修的成本较QFP等更高,因此要降低返修率提高BGA的焊接质量,就必须在每个生产环节都加以严格控制。

1 BGA的保存
BGA元件除了需要防静电保护以外,还是一种高度的温度敏感元件。因为潮气能使封装器件与衬底裂开,如果粘模片的环氧树脂吸附潮气,当器件被加热时,它所吸附的潮气就会汽化,在环氧树脂内造成大的应力而导致炸裂。所以BGA必须在恒温干燥的条件下保存,较佳保存环境为20 ℃~25 ℃,湿度小于10% RH(有氮气保护更佳)。下表为湿度敏感的等级分类,它显示了在装配过程中,从打开密封防潮包装,到元器件被焊接的时间,而且车间条件为温度小于30 ℃;湿度小于60%RH。如果车间超出此条件要求,故湿度敏感元件在拆封后其使用寿命都降一级而定,如3级的原使用寿命为168小时,将其降一级按4级而定即使用寿命为72 h,以此类推。

2 BGA的烘烤
BGA器件需要长期保存的话,则必须保存在防静电干燥包里,并且装袋前需要进行预烘烤,推荐烘烤温度为125 ℃,相对相湿度≤60% RH,烘烤时间参考表2的IPC推荐标准。

如果在装配的过程中,BGA器件的包装被打开后没有在表1规定的时间内贴装完毕,暴露的时间超过了其规定的车间寿命,则在下一次使用之前需对BGA元件进行烘烤。烘烤推荐温度也为125 ℃,相对相湿度≤60% RH,烘烤时间参考表3。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。

3 焊膏印刷
    BGA器件的长期可靠性与焊膏份量有直接关系,要使各种类型的BGA元件具有高产量和长寿命的焊点,印刷焊膏是关键因素。所有BGA器件依靠锡膏把元件固定到PCB上的。对于CBGA器件,锡浆份量是特别关键的,因为锡膏影响一次性合格产品的产量,而且对于焊接可靠性也很关键。它主要是由于PCB/CBGA球形连接潜在的压力使其破裂,这种压力由器件和PCB基层之间热膨胀系数(CFE)的差异形成。锡膏份量对于CCGA的可靠性不像对于CBGA插件那么关键。然而,印刷锡膏的高度却很关键,因为它可以补偿插件柱长度预期变化。同样,锡膏份量对于TBGA产品的可靠性不是关键性的。如果要正确地形成连接,锡膏高度的共面性必须与TBGA插件的共面性相匹配。PBGA组件上的共晶锡珠提供大多数的焊接接头。组成PBGA最重要的焊剂进助焊剂,它产生促进适当的接合湿泣。不像CBGA,PBGA,增加多一些锡膏也不能提高长期可靠性。相反,PBGA接合中加得太多锡浆可能会产生桥接现象。印刷后对焊盘上锡膏进行检查能够有效防止桥接和保证足够的锡膏份量,形成可靠的焊点。
    焊膏的优劣也是影响BGA装配的一个重要环节。选择焊膏通常会考虑下几个方面:良好的印刷性和可焊性、低残留物。

表4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。
在印刷时,通常采用不锈钢制的60°金属刮刀。印刷的压力控制有3.5 kg~10 kg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10 mm/s~25 mm/s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1 mm/sS之间,如果是 μBGA 或CSP器件脱模速度应更慢大约为0.5 mm/s。另外,在印刷焊要注意控制操作的环境。工作的场温度控制在25 ℃左右,温度控制在55%RH左右。印刷后的PCB尽量在半小时以内进入回流焊,防止焊膏在空气中显露过久而影响质量。

4 网板制作
(1) 1.27 mm pitch BGA / MPGA网板开孔基本规则如下:
通常开孔形狀:圓形,所有开孔尺寸在Gerber设计之基础上將直径缩小5%。
备注:如果Via hole 上盖上阻焊漆, 则所有开孔尺寸在Gerber设计之基础上將直径增10%) 特殊方法 (Special method )---适用于锡球间短路较多的状况。
---开孔形狀:圓形
---设定PAD的直径为S1,开孔方式如下:
<1>.如果 0.55 mm< S1, 则钢网开孔直径为S2=0.55 mm;
<2>.如果 0.5 mm≦ S1 ≦ 0.55 mm, 则钢网开孔直径为S2=0.5 mm;
<3>.如果S1 < 0.5 mm, 则钢网开孔直径为S2=0.48 mm;
----04版中,此处由0.46 mm改為0.48 mm
(2) 1.00mm pitch BGA / MPGA 钢网开孔基本規则如下:
通常的情况开孔形狀:圓形,所有开孔尺寸与Gerber设计之直径相同。
备注:如果Via hole上盖上阻焊漆, 则所有开孔尺寸在Gerber设计之基础上將直径增大5%。
特殊方法 (Special method )---适用于锡球间短路較多的状况
---开孔形狀:圓形
---设定PAD的直径為S1,则开孔方式如下:
<1>.如果 0.55 mm< S1, 则钢网开孔直径為S2=0.55 mm;
<2>.如果 0.5 mm≦ S1 ≦ 0.55 mm, 则钢网开孔直径為S2=0.5 mm;
<3>.如果 S1 < 0.5 mm, 则钢网开孔直径為S2=0.46 mm;
-----04版特別要求
BGA或uBGA(pb)参考值
0.5PH 0.3 mm(圆形)
0.65PH 0.35 mm(圆形)
0.75PH&0.8PH  0.4 X0.4 mm(方形)
1.0PH 0.52 mm(圆形)
1.27PH 0.6 mm,但原始PAD大于0.68 mm的话,做0.7 mm(圆形)
最小的开孔大小要取决于你的锡膏颗粒的大小,一般最少要通过5个锡球的直径总长度;
BGA锡球直径:0.23 mm,pitch:0.5 mm,此种元件要看PAD的形状而定:
    <1>. PAD 形状规则,建议开孔:0.25;
    <2>. 如不规则并带有蝌蚪尾巴建议:0.23;
    <3>. 若无大个元件,钢板可以选用0.1 mm 0.12 mm的厚度,0.1 mm对脱模较有好处,钢板最好采用电抛光处理。

5 器件的放置
    BGA的准确贴放很大程度上取决于贴片机的精确度,以及镜像识别系统的识别能力。就目前市场上各种品牌的多功能贴片机而言,能够放置BGA的贴片机其贴片的精确度达到0.001 mm左右,所以在贴片精度上不会存在问题。只要BGA器件通过镜像识别,就可以准确的安放在印制线路板上。然而有时通过镜像识别的BGA并非100%的焊球良好的器件,有可能某个焊球的Z方向上略小于其他焊球。为了保证焊接的良好性,我们的通常可以将BGA的器件厚度减去1 mm~2 mm,同时便用延里关闭真空系统约400 ms,使BGA器件在安放时其焊球能够与焊膏充分接触。这样一来就可以减少BGA某个引脚空焊的现象。不过,对于μBGA和CSP的器件我们不建议采用目述方法,以防止出现焊接不良的焊接现象的产生。

6 回流焊
   由于BGA器件相对而言其间距较大,它在再流焊接过程中具有自动排列定位的能力,所以它比相类似的其它元器件在组装时具有高可靠性。焊接时应参考供应商提供的相关回流曲线,且一定要注意包装上表明的最高耐热温度,以免烧坏器具。
以上为我收集整理的关于控制BGA焊接质量相关资料而来,若有问题欢迎批评更正。

分享到:
收藏 打印
相关新闻
  • 没有相关信息!