BGA打件评估.doc

BGA打件评估
BGA打件评估简单从以下9个方面进行评估:
1、研发焊盘设计；（RD评估）
2、PCB选材及表面处理方式；（RD评估）
3、钢网开孔设计；（打件厂内评估）
4、锡膏印刷及检测；（打件厂内评估）
5、贴片前准备及贴片；（打件厂内评估）
6、回流焊温度曲线；（打件厂内评估）
7、X-RAY检测；（打件厂内评估）
8、不良返修。（打件厂内评估）
9、BGA底部填充；（打件厂内评估）

名词解释：

一、研发焊盘设计
BGA焊点越大焊接强度越大。在满足BGA常规布线公式的前提条件下设计焊点的焊盘大小。
布线公式 P-D≥(2n+1）X
P:封装间距，D:焊盘直径，N:布线数，X:线宽
焊盘中通孔需做树脂塞孔处理，避免在焊接时产生气泡或漏锡、虚焊等现象。盲孔需做阻焊塞孔。

二、PCB选材及表面处理方式
焊盘间距小，孔位密度大，孔距小，在板材选择上应采用高Tg低CET及耐CAF的材料。高Tg的选择可以提高产品的耐热性能，降低密集孔位因受热内应力增大出现的分层，爆板风险，及对密集的元器件引脚造成焊接不上或焊点断裂的问题；低CET性能板材可有效改善因元件与板材CET相差太大而在焊接过程中由膨胀、收缩造成的剪切力造成焊接位置虚焊、断裂等异常。板材的耐CAF性能则可以减小因孔距小在灯芯效应下出现离子迁移的风险。
在表面处理的选择上，ENIG工艺在较小的BGA焊盘设计中容易出现漏镀、黑盘等异常；浸银和ENIG+OSP又存在贾凡尼（电偶腐蚀）效应的风险；综合考虑OSP工艺操作简单，成本低，焊点可靠。绿油厚度印象印刷效果，要求厚度控制在20μm以内，绿油太厚导致出现印刷少锡、桥连、拉尖等不良。

三、钢网开口设计
钢网开口大小要与BGA上锡球直径大小相近，保证锡膏量。钢网厚度、选材、开口尺寸、锡膏选择对BGA生产有极大影响。根据BGA锡球PITCH划分详谈。
0.35mm picth BGA：
钢网厚度：一般选择0.08mm钢网厚度（兼顾其它元件，可能做成阶梯式钢网）。
钢网材质：选进口材料制作。（普通钢片切割后孔壁粗糙有毛刺，FG进口钢片切割后表面涂纳米涂料，孔壁光滑。后者价格昂贵）。
开口尺寸：BGA两焊接之间的间距仅有0.13mm，焊球直径0.22mm，钢网开口建议为0.2~0.21mm方形导圆角（钢网口太大，印刷锡膏量偏多易导致桥连，钢网口太小，锡膏释放性不好易导致焊盘锡膏量偏少）。
锡膏选择：建议使用5号粉锡膏（颗粒直径15~25μm，平均21μm，可保证下锡良好，减少印刷拉尖、漏印等不良）
0.4mm picth BGA：
钢网厚度：一般选择0.08mm~0.1mm钢网厚度（兼顾其它元件，可能做成阶梯式钢网）。
钢网材质：普通钢片制作。
开口尺寸：钢网开口建议为0.23~0.235mm方形导圆角
锡膏选择：建议使用5号粉锡膏。
0.5mm picth BGA及0.5以上pitch BGA
钢网厚度：一般选择0.12mm钢网厚度
钢网材质：普通钢片制作。
开口尺寸：根据BGA焊球直径大小微调开口。
锡膏选择：建议使用4粉锡膏。

四、锡膏印刷及检测
0.35mm~0.5mm BGA对印刷工艺要求较高，印刷异常较多，要解决印刷支撑设置差异及单板变形问题。需导入锡膏印刷载具。印刷后的板需采用3D锡膏检查仪检测锡膏量。对于共晶焊球，在回流焊接过程中锡球会融化、塌陷，所有锡膏量轻微不足不会对焊点质量产生较大影响。然而对于CBGA而言，在通常的回流焊接过程中，非共晶的锡球不会融化、塌陷，因此锡膏体积对焊点的质量影响非常大。SPI需严格管控参数。

五、贴片前准备及贴片
PBGA属于湿度敏感件，暴露在空气中易于吸潮。如PBGA在生产前超出了在空气中的暴露时间，则在焊接前需烘烤，烘烤条件为120℃±5℃，24H。如PBGA吸潮，在回流焊接过程中锡膏融化时迅速升温，会使芯片内的潮气马上气化，从而导致芯片破损（爆米花效应），焊接过程中形成的水蒸气喷发出来，会造成焊膏材料飞溅形成锡球或桥连。
BGA的准确贴装也是影响BGA的焊接质量的一个重要因素，BGA贴装后，需做X-RAY首件确认是否偏移，调整后在进行量产。

六、回流焊温度曲线
升温区：升温斜率不能过大，控制在1~3℃/S，如升温斜率太大，升温速率过快，会发生飞溅，产生“锡珠”现象或PCB板变形翘曲或BGA内部损坏等机械损伤。另一个不良后果是锡膏无法承受较大的热冲击而发生坍塌，这是造成“短路”不良原因之一。
预热恒温区：此区是保温、活化区，要保证元器件之间温差最小化。预热时间过短，助焊剂和氧化物反应时间不够，润湿不足可能会产生“少锡”“虚焊”“空焊”“露铜”等不良。预热时间过长，助焊剂消耗过度，回流时没有足够的助焊剂清除高温时产生的氧化物，容易产生虚焊。
回流区：最高温度控制在250℃以内， 217℃以上60~90秒。形成优质焊点的温度一般在锡膏熔点之上15~30℃。SAC305锡膏熔点在217℃以上，所以峰值温度设置在250℃以下，一般会设置在≤245℃。回流区是温度曲线的核心区，峰值温度过低，时间过短，液态焊料没有足够时间流动润湿，造成“冷焊”、“虚焊”“漏铜”、“焊点不光亮”等缺陷。峰值温度过高或回流时间过程造成“板变形”“元器件受热损坏”等缺陷。需要在PCB和元器件能承受的温度上限与时间、峰值温度及形成最佳焊接效果的熔融时间之间需求平衡，获得理想的焊点。
冷却区：一般SAC305合金锡膏的冷却温度在217℃~170℃区间。快速冷却能够得到可靠稳定的金属焊点，但并不是越快越好，要结合考PCB、元器件及焊点能够承受的热冲击能力来考量。最佳冷却速率在3℃以上，一般设置3~8℃/S。
回流焊链速及氮气对焊接的影响：回流焊链速快PCB和BGA会有更快升温和降温的速率，会导致PCB和BGA翘曲。回流焊链速越快对于CBGA来说越容易形成枕头焊点。氮气：1可有效的防止焊盘氧化， 2提高焊接润湿力，加快润湿速度3减少锡球的产生，避免桥接，得到较好的焊接质量。

七、X-RAY
BGA要使用X-ray检查短路、假焊、空洞等不良.拍摄不良图片后进行分析不良产生原因。短路一般由钢网设计、印刷或回流焊温度设置等因素造成。假焊一般由印刷、PCB表面处理工艺、设计、锡膏粘度、回流焊温度曲线、贴片等诸多因素引起。假焊使用X-RAY不能保证百分百检出。空洞一般由BGA锡球中带来、焊盘盲孔塞孔处理不当、回流焊温度曲线设置不当、OPS膜厚或焊盘污染等因素造成。X影像区域内任何焊球的空洞要等于或小于25%。

八、BGA返修
所有检测出来的BGA 不良可进行更换或返修。返修方式一般使用BGA返修台或手工风枪拆焊。主要注意拆卸BGA温度及时间，避免板起泡、烧坏或焊盘损坏。BGA植球时需使用钢网植球或购买专用锡球进行植球。植球时要保证球径大小一致，避免在焊接时有各别锡球假焊。焊盘上锡需使用烙铁托平，焊盘要平整，避免摆放BGA时位置不稳定，造成二次不良。焊接时需再次过回流焊或使用返修台设定好焊接温度曲线进行焊接。

九、BGA底部填充
BGA芯片存在因应力集中而出现的可靠性隐患，为了使BGA封装具备更高的机械可靠性，需对BGA进行底部填充。软板上贴装BGA需做底部填充。容易发生变形、翘曲的板上贴装BGA，需做底部填充。