SMT干货 | 贴片组装过程中“零缺陷”焊接BGA的方法
由于BGA的引脚（也就是焊球）隐藏在元件下面，如果不能做及时准确的检查，那么就容易造成焊点缺陷。目前，BGA焊点的检测手段主要有自动光学检测（AOI）和自动X射线检测，能够检测的缺陷包括空洞、移位、桥连、假焊等。看似完美的解决方案实际上充满了很大风险。首先，一旦检测出缺陷，那么就需要返工，既耗时，又使生产成本上升，这些显然不是OEM想看到的。
其实，想要提升BGA焊接质量，最根本的措施还是规范生产环节，从源头降低缺陷发生的风险，这对贴片组装生产商提出了更高的要求。迅得电子从事电子生产组装服务十余年来，始终致力于为客户提供高质量SMT组装服务，BGA贴装方面已经积累了丰富的生产经验，目前，迅得电子能够贴装最小引脚为0.35mm的BGA元件。
因此，本文就是出自迅得电子贴装生产工程师之手，是他们十余年生产经验的最好总结。本文主要介绍了BGA焊接原理，详述了BGA焊接前和BGA焊接过程中的质量措施，希望对您了解BGA贴片组装技术提供帮助。
BGA焊接原理
当焊料的温度达到熔点之上，铜表面的氧化层在助焊剂的活化作用下就会被清洗掉。同时，铜表面和焊料中的金属颗粒能够达到足够活化的程度。熔融的焊料在焊盘表面得到润湿，正如之前说到的，焊盘铜表面已经通过助焊剂清洗干净。通过化学扩散反应作用，金属化合物最终直接在焊料和焊盘表面生成。通过这样一系列的变化和作用，BGA就被永久地固定在了PCB适当位置上。
如何把BGA“完美”焊接在PCB上
想要弄清楚“零缺陷”焊接BGA的方法之前，我们有必要了解贴片组装的一般流程。贴片组装主要包含以下几个步骤：
• 锡膏印刷
• 锡膏检查系统
• 贴片
• 回流焊接
• 自动光学检测（AOI）
• 自动X射线检测
• 返工
为了在贴片过程中优化BGA焊接，在BGA焊接前和焊接过程中有必要采取必要措施。所以，接下来我们的讨论将从焊接前和焊接中两方面进行。
焊接前
为了把BGA元件固定在PCB裸板上，首先就是要保持BGA元件和裸板PCB始终处在好状态中。毕竟，一点点的瑕疵，比如湿气，就可能造成元件焊接缺陷甚至造成整个产品的报废。
a. 电路板准备
首先，要为电路板选择合适的表面处理方式，以符合项目和产品要求。几种常见的表面处理方式的比较需要特别清楚。比如，有些产品的需要符合欧盟ROHS要求，那么就需要无铅表面处理，无铅喷锡、无铅化学镍金或无铅OSP都可以选择，再根据其各自的优缺点确定最终的表面处理方式。
其次，电路板裸板要合理保存及应用。电路板必须真空包装，里面包含防潮袋和湿敏指示卡。湿敏指示卡能够方便、经济地检查湿气是否在可控范围内。卡片的颜色是用来指示袋子内的湿气的，也能反映防潮剂是否有效。一旦包装内的湿气超过或者等同于指示值，相应的圆圈就会变成粉色。
最后，PCB裸板需要进行清洗和/或烘烤。烘烤有助于防止电路板中的湿气在焊接过程中形成焊接缺陷。一般情况下，烘烤需要在110±10℃温度中进行两个小时。除此以外，PCB板在移动和保存的过程中表面也会被尘土覆盖，所以在贴片和焊接前必须进行必要的清洗。迅得电子使用的是超声清洗仪，可以对PCB裸板和组装好的PCB进行充分的清洗，保证它们的清洁。如此，可充分保证板子的可靠性。
b. BGA元器件准备
作为一种湿敏元器件，BGA元器件储存的环境必须是恒温和干燥的。储存过程中，操作人员必须严格遵守元器件储存规范规程，防止元器件质量受到影响而下降。通常说来，BGA元器件需要储存在防潮箱内，温度在20到25摄氏度之间，相对湿度10%，能使用氮气保存更好。
BGA元器件需要在焊接之前烘烤，焊接温度不应该超过125℃，因为太高的温度可能造成金相结构的改变。当元器件进入回流焊接流程中，容易引起焊球点和元件封装之间分离，从而降低贴片组装中的焊接质量。如果烘烤温度太低，湿气又不太容易去除。所以，BGA元件的烘烤温度必须进行适当调整。另外，烘烤完毕后，BGA元件需要冷却半小时，才能进入贴片组装生产线。
焊接中
实际上，控制回流焊接并不是一件容易的事，所以，必须调整最佳的温度曲线，只有这样才能够获得BGA元器件焊接的最高质量。
a. 预热阶段
在预热阶段，PCB板的温度稳定上升，助焊剂受到激活。通常说来，温升需要稳定、持续，防止电路板在受到温度的突然上升后发生形变。理想的温升速率应该控制在3℃/s以下，2℃/s是最合适的。时间间隔应该控制在60 到90秒之间。
b. 浸润阶段
在浸润阶段中，助焊剂逐渐蒸发。温度应该保持在150到180℃之间，时间长度应为60到120秒，这样助焊剂能够完全挥发。温升速度通常控制在0.3到0.5℃/s。
c. 回流阶段
回流阶段的温度在这个阶段会超过焊料的熔点，使焊料从固态转化为液态。在这个阶段，温度应当控制在183℃以上，时间长度在60到90秒之间。太长或太短的时间都可能造成焊接缺陷。焊接的温度要控制在220±10℃，时长大约为10到20秒。
d. 冷却阶段
在冷却阶段，焊料开始变成固体，这样就能将BGA元器件固定在板子上了。而且，温降需要控制不能太高，通常在4℃/s以下。理想的温降为3℃/s，太高的温降可能会导致PCB板变形，大大降低BGA焊接质量。
只要以上的要求都能达到，那么BGA元器件就能高质量地固定在PCB上了。正如开头所说，要想得到“零缺陷”焊接，核心工作就在贴片组装生产环节，因此，迅得电子始终致力于提高生产质量，优化过程控制，不断提升生产技术难度，最大限度地满足OEM对产品质量和难度的要求。