通讯模块BGA组装

       由于BGA封装形式的特殊性，其返修需要专门的返修工具，返修难度大，成功率低。

      对于电子组装厂商来说，提高BGA组装质量对于提高产品质量、降低成本具有重要意义。

①BGA封装形式

       目前的BGA封装按基板类型主要分为PBGA（塑料封装BGA）和CBGA（陶瓷封装）。

     （封装 BGA）和 TBGA（载带封装 BGA）。 PBGA 封装由安装并互连到双面或多层 PCB 基板的芯片组成，通过过孔将顶面上的信号迹线互连到基板底部的相应焊盘。 经过芯片键合和引线键合后，组装好的零件通过传递模塑或注塑成型进行成型和封装。 是目前应用最广泛的BGA器件，主要应用于通讯产品和消费类产品。 因其以下优点，被广泛应用于SMT组装： I/O端子占封装面积比高：与环氧树脂PCB的热膨胀系数CTE相匹配，具有良好的热综合性能：

       电气性能好； 高互连密度； SMT组装中焊球共面度要求较低，一般为0.15~0.20mm； SMT回流工程中的自定心功能：消除窄间距焊膏印刷； 减少焊盘之间桥接的可能性。

       PBGA 器件是一种对湿度高度敏感的器件，必须在恒温和干燥的条件下存放，以避免组件在组装前受到影响。 一般BGA的理想储存环境为20-25C，RH小于10%（最好有氮气保护措施）。 因此，BGA密封的防潮封装一旦打开，必须在规定的时间内组装到PCB上。 PBGA芯片开箱后的使用时间由芯片的灵敏度等级决定。

      组装过程中，BGA的封装打开后无法在相应时间内组装好，曝光时间超过

      为了使BGA在下次使用前具有良好的可焊性，建议对BGA进行烘烤。 烘烤温度一般不超过125℃，相对湿度应低于60%，因为温度过高会增加焊球与BGA接合处金属间化合物的厚度，容易产生裂纹 在组装过程中，导致BGA组装失败。 烘烤时间与BGA的湿敏程度和BGA的厚度密切相关。

      PBGA焊球元件一般有Sn63Pb37、Sn62Pb36Ag2和Sn96.5Ag3。 0铜0。 5合金、焊球

      间距一般为1.50、1.27、1.0、0.8、0.5mIn，可根据不同的应用调整锡球的直径。

      所需的差异在 0.75 - 0.30 mIn 之间变化。 对于间距更小的BGA，封装密度越高，对BGA组装的工艺要求就越高。 CBGA的互连采用Snl0Pb90高温焊球，通过Sn63Pb37、Sn62Pb36Ag2、Sn96.5Ag3等低熔点焊料将焊球焊接到基板上。 0Cu0.5。 焊球阵列间距为1.27min时使用的焊球直径为0.89min，间距为1.0mm时使用的焊球直径为0.64rn/n。 CBGA封装的主要优点包括（1）封装元件可靠性高，性能优良：（2）共面性好，易焊接； (3)对水分不敏感，贮存时间长； (4) 电气性能好： (5) 封装密度高。 CBGA的主要缺点是与PCB的热膨胀系数CTE不匹配，容易引起热疲劳失效，因此热可靠性差，封装边缘很难与PCB焊盘对齐 ，包装成本高。

      TBGA是一种以铜/聚酰亚胺载带为基材，实现芯片与焊球与PCB连接的封装形式。

      TBGA封装具有以下特点： (1) 与环氧树脂电路板热匹配良好： (2) 可通过封装边缘与PCB焊盘对齐； (3)对湿度和热敏感，不同材料的多组分聚合对可靠性有不利影响。

② PCB 设计     

       由于BGA封装的特殊性，其焊点位于BGA封装本体下部的面阵结构中，在组装过程中PCB的轻微变形都可能导致BGA焊球开路。 因此，BGA的位置设计应远离PCB挠度大的区域和高应力区域，如PCB的四个角、边缘位置、连接器、安装孔、槽、切割板、缝隙和拐角。

      由于BGA的热容量较大，为保证PCB表面元器件的热均匀性，BGA周围5min区域内不得放置任何元器件，以免PCB组装时因温度分布不均而变形。

      为了减少PCB的变形，提高BGA组装质量，需要好的PCB材料，特别是适用于无铅电子组装的焊接工艺，由于回流焊温度的升高，对PCB提出了更高的要求 材料。 目前广泛使用的改性FR4型基板，其温度值大于170℃，基本可以满足无铅和锡铅回流焊工艺要求。

      BGA对应的PCB焊盘设计一般比焊球直径小20%，每个焊球对应的焊盘应该是实心铜

      PCB焊盘最大直径为BGA器件底部焊球的焊盘直径，最小直径应为BGA器件底部焊盘直径减去安装精度。 焊盘周围应设计阻焊层，阻焊层尺寸应比焊盘大0.1~0.15 mIn，以防止焊料流失造成短路或虚焊。 焊盘旁边要设计通孔。 过孔电镀后，必须用介质材料或导电胶将通孔堵住，高度不得超过焊盘高度。

③BGA组装工艺  

       在BGA组装过程中，每一个步骤、每一个工艺参数都会对BGA组装产生影响，所以BGA组装的每一步都必须严格控制。 对于锡铅和无铅电子组装工艺，焊膏印刷和贴片工艺之间没有太大区别。 主要区别在于回流焊过程中温度曲线的设置。 焊接工艺有很大差异。 此外，由于BGA的封装形式不同，热阻也不同。 为了满足回流焊温度曲线的要求，在温度设置和时间上也有一定的差异。

3.1 锡膏印刷

       焊膏是合金焊粉、助焊剂体系、触变剂体系的均匀混合物，具有触变性的膏体流动性。     

       散装锡膏的储存条件一般在2~5℃下储存3-6个月。 储存过程中不会发生化学变化，焊粉和助焊剂不会分离，其黏度和黏度保持不变。 锡膏在印刷前必须自然升温，一般升温时间为4-8小时。 在锡膏升温至室温之前，请勿拆开容器或搅动锡膏强行加热，以免损坏助焊剂。 的分析。 确保良好的印刷适性和可焊性。

       锡膏印刷量要适当。 过多容易产生桥连等焊接缺陷，过少锡膏容易造成开路或虚焊等焊接缺陷。

       拾取缺陷。 锡膏EO、~U用量的控制取决于印刷模板的厚度、刮刀的压力和印刷速度。 印刷模板一般由不锈钢制成。 BGA模板的开口直径一般略小于焊盘直径，其厚度一般为0.12-0.15mm，以保证适量的锡膏印刷。    

       印刷锡膏时，一般使用60。在不锈钢刮刀中，刮刀压力一般控制在35~100N，压力太小使

       焊膏转移量不足，过多会使印刷的焊膏过薄，增加焊膏污染模板反面和PCB基板的可能性。

       打印速度一般为10 -25 mllfS。 如果速度太快，容易造成刮刀滑动而漏印。 过慢容易造成锡膏压痕边缘不平整，污染PCB基板表面。 BGA焊点间距越小，印刷速度越慢，才能保证良好的印刷质量。 印刷后成型速度一般设定在0. 5~1. 0 mllfS，焊点间距越小，脱模速度应越慢。 目前研究表明，将脱模速度设置为加快，即从零开始逐渐加速，可以避免恒速脱模时锡膏塌陷和锡膏与模板分离不良，脱模效果好。

另外，打印时要注意控制操作环境，温度控制在25"C左右，湿度控制在RH55%左右。

      印好的PCB要在30分钟内回流焊，以免锡膏暴露在空气中时间过长，影响组装质量。

3.2 返修

       贴片的主要目的是将 BGA 上的每个焊球与 PCB 上的每个相应焊盘对齐。 由于 BGA 上的焊球位于其封装的底部，因此必须使用特殊设备进行对准。 贴片机贴片BGA的贴片精度必须达到0.001rain左右。 BGA器件可以通过图像识别准确地放置在PCB上。 由于BGA锡球的共面性存在一定偏差，锡膏印刷存在一定差异，为保证良好的焊接质量，一般在BGA高度减去25-41-50.80pm，使用延时关断 同时真空系统约400 ms，使BGA的焊球在贴装时能与焊膏充分接触，避免BGA在回流焊过程中出现某一焊路开路的现象。

3.3 回流焊     

       回流焊是BGA组装过程中一个很难控制的过程。 设置工艺参数并获得合适的温度曲线

       BGA 的良好焊接非常重要。 由于BGA的封装形式不同，CBGA的热阻比PBGA大，所以要达到相同的温度，CBGA需要比PBGA更高的温度设置和更长的预热时间。 对于锡铅锡膏和无铅锡膏，温度设置和加热时间有明显不同。

       预热阶段：预热的主要目的是对PCB及其元器件进行均匀加热，同时对PCB及元器件起到烘烤作用。

       烘烤的作用是除去其中的水分，使焊膏中的助焊剂适量挥发。 预热阶段的升温速度不宜过快，以免PCB受热过快造成较大变形。 - 一般升温速度控制在3"C/s，预热时间在60-90 s之间。     

       活化阶段：该阶段的主要目的是活化焊膏中的助焊剂，去除焊盘表面和焊膏合金表面的氧化物，达到干净的金属表面，为焊膏回流做准备 过程。 同时蒸发焊膏中过多的助焊剂并对PCB进行预热，防止回流焊过程中温度升高过大导致PCB变形。 对于锡铅焊接，此阶段温度应保持在150-180"C，时间60-120S；对于无铅焊接，此阶段温度应保持在160-200"C，时间60-180 S，使助焊剂充分发挥作用。 活化阶段的升温速率一般控制在0.3±0.5℃/S。

       回流焊阶段：此阶段焊点温度已升至焊膏熔点以上，焊膏呈熔融状态。 背部     

       流动阶段的主要目的是使熔化的焊料润湿元件的焊盘和引线，以达到良好的焊接要求。 对于PBGA，其焊球有Sn63Pb37、Sn62Pb36Ag2和Sn96。 回流焊过程中，焊球不熔化，焊膏熔化润湿焊盘和高温焊球形成焊点。 因此，需要适当的时间来保证熔化的锡膏能够很好地润湿焊盘和锡球。 如果时间太短，可能会导致润湿不良，形成虚缝。 如果时间太长，焊料和焊盘之间可能会形成很厚的间隙。 - 层状金属间化合物Cu6sn5和Cu3Sn，由于其脆性特性，容易形成裂纹，导致焊点失效。 特别是无铅电子组装，由于无铅焊料中合金元素Sn含量高，在高温下更容易形成较厚的金属间化合物，导致焊点失效。 时间控制在60。-90秒内，210-225"C峰值温度范围内的时间控制在10-20秒内；对于无铅焊接，一般要求时间控制在熔点以上 217-219C点时间在60-120s内，其中230~235"C峰值温度范围内的时间最好控制在20~40s内。

       冷却阶段：焊膏回流后，助焊剂完全消耗，形成熔融金属焊点。 主冷却阶段

       主要目的是在凝固焊点的同时细化晶粒，抑制金属间化合物的生长，提高焊点强度。 但是，由于过快的冷却速度，会导致PCB变形和电子元器件热裂，尤其是BGA等吸热量大的元器件。 如果冷却速度过快，容易造成内部封装损坏，导致BGA失效。 一般降温速度控制在1~3C/s以内。

4.结论

       BGA的组装是一个非常复杂的过程。 从BGA的封装形式、PCB的设计、锡膏的特性及其印刷工艺、SMT工艺、合适的回流焊温度曲线，任何工艺的任何问题都可能导致BGA组装失败。 因此，在BGA组装过程中，必须严格控制组装过程，以提高BGA的组装质量。