BGA 组装：可靠的球栅阵列焊接技术

球栅阵列 （BGA） 组件是现代电子制造的基石，支持创建紧凑的高性能设备，如智能手机、笔记本电脑和医疗设备。BGA 封装能够将众多连接封装到一个小尺寸中，这使其成为不可或缺的，但由于元件下方隐藏了焊点，因此其焊接过程很复杂。对于工程师来说，掌握可靠的 BGA 焊接技术对于确保耐用性和功能性至关重要。我们将探讨 BGA 组装的基本步骤、挑战和最佳实践，提供可作的见解，帮助您获得最高质量的结果。

无论您是在设计尖端的微处理器还是对原型进行故障排除，了解 BGA 焊接都可以成就或破坏您的项目。让我们深入了解确保每次都能获得坚固、可靠的焊点的技术。

了解 BGA 封装

球栅阵列 （BGA） 是一种表面贴装封装，其中底部的焊球将集成电路 （IC） 连接到印刷电路板 （PCB）。与传统的引线式封装不同，BGA 使用这些焊球来创建高密度连接，使其成为需要在小空间内需要大量引脚数的应用的理想选择。其紧凑的设计和出色的电气性能使其成为从消费电子产品到航空航天系统等各种应用的首选。

BGA 封装因满足不同需求而异：

• 塑料 BGA （PBGA）：PBGA 价格实惠，广泛用于游戏机等设备，采用塑料基材。

• 陶瓷 BGA （CBGA）：CBGA 具有出色的导热性，在服务器或汽车电子设备等高性能环境中大放异彩。

• 磁带 BGA （TBGA）：TBGA 重量轻、灵活，常见于可穿戴设备等超薄设备中。

间距 - 焊球之间的距离 - 范围可以从旧设计的 1.27mm 到高级封装的 0.4mm 不等，要求每个组装步骤都具有精度。

可靠 BGA 焊接的关键技术

成功的焊接 BGA 需要一种系统的方法，从 PCB 设计到最终检查。以下是需要掌握的关键技术。

1. PCB 设计和布局注意事项

精心设计的 PCB 为可靠的 BGA 焊接奠定了基础。布局必须与 BGA 的规范完全一致，以防止出现错位或接头薄弱等问题。

• 封装精度：PCB 的焊盘图案必须与 BGA 的焊球布局相匹配。对于 0.8mm 间距的 BGA，焊盘的直径可能为 0.4mm，而 0.4mm 间距需要更小、间距精确的焊盘。

• 过孔管理：避免焊盘下方未填充的过孔，因为它们会吸走焊料，导致空洞。如有必要，使用插入或带盖的通孔。

• 阻焊层选择：非阻焊层定义 （NSMD） 焊盘允许焊料缠绕在焊盘边缘，从而提高 0.5mm 或更大间距的接合强度。

2. 焊膏应用

焊膏将 BGA 球桥接到 PCB 焊盘，因此其应用必须完美无瑕。如今，大多数组件都使用无铅焊料（例如 SAC305 合金）以符合 RoHS 标准。

• 模板厚度： 100-150μm 厚的激光切割模板适合大多数 BGA。对于 0.5mm 间距，通常为 125μm 以平衡焊膏体积。

• 孔径设计： 圆形孔径确保均匀的浆料沉积。1：1 的孔径与焊盘比适用于较大的间距，而略微减少（例如 90%）有助于更细的间距避免过多的浆料。

• 粘贴控制：过多的粘贴可能会产生桥梁风险;太少会使关节饥饿。每个垫子的目标是一致的 0.1-0.15 mm3。

3. 组件放置

准确放置 BGA 可确保每个球都接触其焊盘。精度高，防止了代价高昂的返工。

• 设备：配备视觉系统的高端拾取和放置机器可以达到 ±25μm 的精度，这对于低于 0.5mm 的间距至关重要。

• 对准辅助工具：基准标记 - PCB 上的小参考点 - 指导机器完美地定位 BGA。

4. 回流焊

回流焊熔化焊膏以形成实心接头。温度曲线必须根据焊接类型和 PCB 组件进行定制。

• 配置文件基础知识：对于无铅焊料，预热至 150-180°C，浸泡 60-90 秒，然后在 235-250°C 达到峰值 20-40 秒。

• 均匀加热：受控浸泡可最大限度地减少热梯度，确保所有球在 BGA 下均匀熔化。

• 冷却：以每秒 2-4°C 的温度冷却，以避免接头出现裂纹或应力。

5. 检验和质量控制

由于 BGA 接头是隐藏的，因此标准目视检查不会解决问题。高级方法是必不可少的。

• X 射线检测：自动 X 射线系统可显示空隙（焊料中的气泡）、桥接或缺失的接头。根据 IPC 标准，低于 25% 的无效率通常是可以接受的。

• 功能测试：电气测试可确认连接性，但可能会遗漏结构缺陷，因此请将它们与 X 射线配对以确保彻底性。

BGA 焊接的常见挑战和解决方案

即使经过仔细规划，BGA 焊接也会遇到障碍。以下是解决最常见问题的方法。

1. 焊点空隙

空隙会降低接头强度和导电性。它们通常是在回流过程中助焊剂气体被截留时形成的。

• 解决方案：将浸泡阶段延长至 90-120 秒，让气体在焊料硬化之前逸出。

2. 焊料桥接

过多的焊料会连接相邻的焊球，使电路短路。

• 解决方案：优化模板孔径并略微减少色浆量。检查对齐方式以避免在放置过程中出现污迹。

3. 错位

未对准的 BGA 可能会留下开路或薄弱的接头。

• 解决方案：验证机器校准和基准标记清晰度。使用摄像头进行放置后检查可以及早发现错误。

4. 热应力

高功率应用中的 BGA 会产生热量，随着时间的推移，接头可能会失效。

• 解决方案：在 BGA 下方添加热通孔（例如，直径 0.3 毫米，间距 1 毫米）或连接散热器。

返工和维修技术

当缺陷漏掉时，就需要返工。BGA 返修需要精度来保护 PCB 和组件。

• 工具：带有顶部和底部加热器的 BGA 返修台可保持受控温度（例如，220-240°C 用于拆卸）。

• 工艺：加热 BGA，用真空工具将其提起，用吸锡线清洁该部位，然后为新元件涂抹新焊膏。

• 注意：限制返工周期 - 通常为 2 次 - 以避免 PCB 损坏。

为什么精度在 BGA 组装中很重要——

可靠的 BGA 焊接不仅仅是避免缺陷;而是确保长期性能。单个弱接头在热循环或振动下可能会失效，这在汽车或航空航天应用中很常见。通过确定每个步骤 - 设计、粘贴、放置、回流焊和检查，您可以最大限度地降低风险并最大限度地延长产品使用寿命。

对于处理复杂项目的工程师来说，与专业制造商合作可以简化流程。在捷配PCB，我们提供根据 BGA 组装需求量身定制的快速原型制造和先进制造。我们的全球物流确保您的板材快速到达，而我们的精密设备可以轻松处理小至 0.4 毫米的间距。无论您是迭代设计还是扩大生产规模，我们都会为您提供支持。

BGA 组装结合了挑战和机遇。通过正确的技术 - 周到的 PCB 设计、精确的焊膏应用、准确的放置、优化的回流焊和严格的检查 - 您可以获得经得起时间考验的焊点。克服空隙或桥接等陷阱需要勤奋，但回报是强大、高性能的设备。