工程技術
---BGA生產製程介紹
撰：王勇軍
90年代隨著集成技術的進步、設備的改進和深亞微米技術的使用，LSI、VLSI、ULSI相繼出現，矽單晶片集成度不斷提高，對積體電路封裝要求更加嚴格，I/O引腳數急劇增加，功耗也隨之增大。為滿足發展的需要，在原有封裝品種基礎上，又增添了新的品種〝球柵陣列封裝〞，簡稱BGA(Ball Grid Array Package)。接下來我們就簡單介紹此種封裝的生產工藝。
一、 關於BGA產品生產前的準備工作：
1、鋼板範本的製作要求：
A、降低範本的厚度，視不同產品而定，一般在0.12mm～0.15mm。
B、採用梯形的鋼板開口，即上開口要比下開口稍大一些，且可考慮下開口略小於焊盤。
C、根據solder ball 的 pitch 可採用方形開口。
2、PCB和BGA烘烤工作：
A、BGA封裝對濕氣的敏感性是相當強的，在貼裝前如果未得到適當的烘乾和保持乾燥的話，BGA在回流焊中就會出現翹曲、凸起或開裂的現象。
B、PCB層壓板中截留有濕氣，組裝過程中會突發性排氣，導致局部脫層，降低焊接的可靠性。
C、BGA可參照其包裝上的說明執行相關類別標準，一般為125℃ +-5℃烘烤20小時，PCB可參照100℃，連續烘烤12小時。
3、 錫膏的要求：
A、較細小顆粒的錫膏品牌。
B、粘性稍強且不易斷，即良好印刷性。
C、良好的可焊性，低殘留物。
二、 關於BGA生產過程中的工藝控制：
1、PCB的印刷：
A、刮刀的角度在60度為佳，印刷壓力在3.5kg～10kg。
B、印刷速度應控制在10mm/秒～25mm/秒，BGA的錫球間距(pitch)越小，則印刷速度越慢。
C、鋼板脫離速度要設為0.5mm/秒。
D、車間溫度應控制在25℃以下，濕度小於60%RH，防止焊膏在空氣中暴露太久。
E、每次加入鋼板上的錫膏不宜過量，用完後及時補充，最好連同鋼板上的少量錫膏一起攪拌均勻後再加入鋼板上印刷。
F、鋼板清洗次數應採用5PCS/次以下（當然，如球之間pitch>1.0mm則考慮8-10pcs/次）。鋼板清洗要用酒精濕擦，且每半小時要用牙刷清洗一次。
G、印刷後的PCB，在進入貼片機之前一定要安排專人100%用放大鏡檢查，BGA焊盤的印刷品質，檢查有無漏印、少錫、連錫、多錫等不良，只能讓印刷OK的PCB進入下一工序。
2、BGA的貼裝：
A、清晰、完整的視覺成像辯識參數的設定，防止錫球缺、損的BGA直接被貼裝在板上。
B、貼裝誤差值設定小於30%，防止貼裝偏位。
C、吸取、置放的速度應放慢，使吸嘴置於BGA在板上的時間為400毫秒（關閉真空狀態）。
D、將貼裝高度設定在稍向下壓0.1mm～0.3mm，使BGA在安放時其焊球能夠與焊膏充分接觸，這樣可減少BGA某個引腳空焊的現象，但對於引腳間距小於0.65mm的BGA則不宜採用，以免發生錫球橋接（即連錫）。
3、BGA貼裝過迴焊爐前的檢驗要求：
A、貼裝後的BGA就不應再移動，因為這樣做會將焊膏拖帶走，抹成一片，而導致焊料橋接。
B、於外觀看似BGA貼裝偏位或翹曲的PCBA應及時回饋跟線PE分析跟進，並按照PE提出的補救方案進行不良品處理。不可私自用鑷子或吸筆撥動或擠壓。
C、對於貼裝出的PCB板被檢驗OK後應立即過迴焊爐，不宜置放、暴露在空氣中，最長不超過30分鐘。
4、 迴焊爐溫控參數profile的製作及注意事項：
A、BGA profile 的製作：profile的測量點應位於BGA的中心位置，並且應有兩條測試線，一條位於BGA上表面，另一條位於BGA與PCB之間錫球位置（從PCB下表面穿過達BGA下表面焊錫球），以有鉛的工藝為例：
① 預熱斜率需 (2.5℃/sec(不可)3℃/sec)
② 140℃～170℃間需保持60～120second.
③ 183℃以上時間需保持90～110 second .
④ 底部最高溫度需<220℃.
⑤ 冷卻斜率需<3℃/sec(最大)。
⑥ BGA表面與底部溫差大約為5～6度。
B、在再流焊過程中，如果偏離焊盤小於50%的話，元件就可以自動對位元，如果BGA存在嚴重偏位問題，應在過爐前重新取下對位（檢查焊膏）和重工。
C、此階段PCB必須均勻受熱升溫，並刺激助焊劑活躍，一般升溫速度和降溫速度都不宜過快，防止PCB受熱或冷卻過快而產生變形。
5、 關於BGA 生產完成後的檢驗工作
A、X-RAY 錫點焊接檢查。在量產時要保證每100PCS 抽檢20PCS。要求保證對氣泡（也叫孔洞），空焊、少錫、橋接、過孔搶錫等系列壞機專項檢查。
B、對於X-RAY檢查不到的問題，如錫裂、焊錫粗糙，可借助新的檢驗儀器：如“ERSA SYSTEM 2500BGA/CSP SMT視覺檢查系統”，它可以從側面檢查錫球的焊接品質，更深入的分析BGA內部焊錫效果。