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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SMT生产的一个重要环节。选择焊膏通常会考虑以下几个方面:良好的印刷性;良好的可焊性;低残留物。一般来说,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2显 示了如何根据元器件的引脚间距选择相应的焊膏。可以看出元器件的引脚间距越细,焊膏的锡粉颗粒越小,相对来说印刷效果较好。但并不是选择焊膏时锡粉颗粒越小越好,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,在选择焊膏时要从各方面因素综合考虑。由于BGA的引脚间距较小,丝网模板开孔较小,所以应采用颗粒直径为45 M以下的焊膏,以保证获得较良好的印刷效果。
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0.12 mm ~0.15mm。 BGA和CSP的引脚间距更小,钢板厚度更薄。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,引脚间距为1.0 mm的PBGA,焊盘直径为23 mil。一般将钢板的开口的大小控制在21 mil。
在印刷时,通常采用不锈钢制的60度金属刮刀。印刷的压力控制在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10 mm/秒 ~ 25 mm/秒之间,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/秒,如果是 BGA或CSP器件脱模速度应更慢,大约为0.5 mm/秒。
另外,在印刷时要注意控制操作的环境。工作的场地温度控制在25℃左右,湿度控制在55%RH左右。印刷后的PCB尽量在半小时以内进入回流焊,防止焊膏在空气中暴露过久而影响产品质量。
2.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均达到了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%焊球良好的器件,有可能某个焊球在Z方向上略小于其他焊球。为了保证焊接的良好性,通常可以将BGA的器件高度减去1 ~ 2 mil,同时使用延时关闭真空系统约400毫秒,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。
对于 BGA和CSP器件不建议采用上述方法,以防止出现桥接等不良焊接现象的产生。
3.回流焊接
回流焊接是BGA装配过程中最难控制的步骤。因此获得较佳的回流曲线是得到BGA良好焊接的关键所在。
●预热阶段
在这一段时间内使PCB均匀受热升温,并刺激助焊剂活跃。一般升温的速度不要过快,防止线路板受热过快而产生较大的变形。尽量将升温速度控制在3℃/秒以下,较理想的升温速度为2℃/秒。时间控制在60 ~ 90 秒之间。
●浸润阶段
这一阶段助焊剂开始挥发。温度在150℃~ 180℃之间应保持60 ~ 120 秒,以便助焊剂能够充分发挥其作用。升温的速度一般在0.3 ~ 0.5℃/秒。
●回流阶段
这一阶段的温度已经超过焊膏的熔点温度,焊膏熔化成液体,元器件引脚上锡。该阶段中温度在183℃以上的时间应控制在60 ~ 90 秒之间。如果时间太少或过长都会造成焊接的质量问题。其中温度在220 +/- 10 ℃范围内的时间控制相当关键,一般控制在10~ 20 秒为最佳。
●冷却阶段
这一阶段焊膏开始凝固,元器件被固定在线路板上。同样的是降温的速度也不能够过快,一般控制在4℃/秒 以下,较理想的降温速度为3℃/秒。由于过快的降温速度会造成线路板产生冷变形,它会引起BGA焊接的质量问题,特别是BGA外圈引脚的虚焊。
在测量回流焊接的温度曲线时,对于BGA元件其测量点应在BGA引脚与线路板之间。尽量不要用高温胶带,而采用高温焊锡焊接固定,以保证获得较为准确的曲线数据。
总之,BGA的焊接是一门十分复杂的工艺,它还受到线路板设计,设备能力等各方面因素的影响,只顾及某一方面是远远不够的。还要在实际的生产过程中需要不断研究和探索,努力控制影响BGA焊接的各项因素,从而使BGA焊接能达到最好效果。