BGA元件SMT組裝製程關鍵面向

關鍵詞: BGA組裝

隨著超大規模積體電路（IC）的快速發展，現有的封裝類型已無法滿足電子組裝需求，而對更高完整性、更小電路板空間及更大I/O數量的需求增加，催生了新的封裝形式。在上述討論的所有較新封裝類型中，BGA（球柵陣列）封裝因其多樣性而成為應用領域最廣泛的主要類型，它克服了許多舊式封裝中存在的限制。在焊接技術方面，BGA封裝與先前的封裝（如QFP，四方扁平封裝）相當類似。然而，引腳被焊球所取代，這引發了電子組裝的革命，並催生了如CSP等衍生封裝。BGA組裝焊接已與傳統的SMT（表面貼裝技術）相結合，並可使用標準的SMT組裝設備來進行。

球柵陣列（BGA）是一種在元件下方具有焊球連接的表面貼裝封裝。與其他封裝方法相比，BGA具有更高的連接器密度，然而，在表面貼裝技術（SMT）組裝中，要成功焊接它們可能很困難。

當SMT（表面貼裝技術）/SMD（表面貼裝器件）從業者發現間距為0.3mm的QFP（四方扁平封裝）無法實現SMT質量要求時，採用BGA（球柵陣列）能顯著減少組裝缺陷。根據系統理論，降低製程技術的難度水準有助於問題盡快解決，並使產品質量更易於控制，這與現代製造的理念相符，儘管BGA元件檢測難以實施。本篇部落格將結合實際批量生產，全方位地審視和分析BGA元件的SMT組裝方法。

BGA封裝概述

優點

BGA元件具有多種優勢：

• 比周邊引線元件擁有更多互連
• 佔用面積比周邊引線元件更小
• 連接長度短
• 對晶片和引線鍵合提供保護。

挑戰

然而，BGA焊接也帶來了製程難題

• 焊點隱藏在元件本體下方。
• 密集的封裝佔位限制了焊膏印刷
• 大型BGA的熱容量影響溫度曲線設定。
• 對電路板翹曲和共面性敏感
• 堅固的BGA焊點需要精細的製程控制。

BGA元件SMT組裝製程的關鍵特點

預處理

雖然某些BGA元件對濕氣不太敏感，但所有元件都應在125°C下進行烘烤，因為低溫烘烤已被證明不會產生任何有害影響。這同樣適用於準備進行SMT組裝的裸印刷電路板（PCB）。畢竟，首先處理濕氣問題可以減少焊球缺陷並提高可焊性。

焊膏印刷

根據我的組裝經驗，對於間距大於0.8mm的BGA元件和間距為0.5mm的QFP元件，焊膏印刷通常易於執行。然而，有時可能需要手動修正錫量，因為某些焊球未能獲得足夠的焊膏印刷，從而導致焊接位移或短路。

然而，人們並不認為錫膏在0.8毫米間距的BGA元件上比在0.5毫米間距的QFP元件上更容易印刷。據信，許多工程師都意識到在0.5毫米間距的QFP上進行水平與垂直印刷的差異，這可以從機械角度解釋。因此，某些印刷機能夠以45度角進行印刷。根據印刷在SMT組裝中扮演重要角色的觀點，應給予足夠的關注。

放置與貼裝

根據實際組裝經驗，由於物理特性帶來的高可製造性，BGA元件比0.5毫米間距的QFP元件更容易貼裝。然而，我們在整個SMT組裝過程中面臨的最大問題是，當使用帶有橡膠環的大型吸嘴來定位尺寸大於30毫米的電路板上的元件時，元件會產生振動。根據研究，這被認為是由於過大的貼裝強度導致吸嘴內部壓力過高所致，並可透過適當調整來消除。BGA元件在焊接過程中因焊料的表面張力而具有明顯的自對中效應，因此一些設計師在BGA焊盤設計中有意放大四角的焊盤，以使自對中效應更明顯，確保BGA元件在貼裝位置偏移時能夠自我復位。

焊接

使用熱風的回流焊接是SMT組裝過程中的一個特殊程序，或者可被歸類為一項獨特技術。儘管BGA組裝元件的時間與溫度曲線與標準曲線相同，但就回流焊接而言，它們與大多數傳統SMD元件有所不同。BGA元件的焊點位於元件下方，在元件本體與印刷電路板之間，這意味著BGA元件受焊點的影響遠大於典型的SMD元件（其引腳位於元件本體周邊）。至少，它們直接暴露於熱風中。熱阻計算與實踐表明，BGA元件本體中間部分的焊球會經歷熱延遲、溫升適中且最高溫度較低。

檢測

由於BGA元件的物理結構，視覺檢測無法滿足隱藏焊點連接的檢測需求，因此需要X射線檢測來發現焊接缺陷，例如氣孔、空洞、短路和缺球。X射線檢測的唯一缺點是成本高昂。

返修

由於BGA元件的廣泛使用以及個人通訊電子產品的普及，BGA返修變得日益重要。然而，與QFP元件不同，BGA元件一旦從電路板上拆卸下來便無法重複使用。

既然BGA封裝技術已成為SMT組裝的標準，其技術複雜程度絕不容低估，本文討論的主要方面應得到全面而準確的評估，並以邏輯方式解決相關問題。在選擇電子合約製造商或組裝商時，應尋找擁有專業生產線以及全方位組裝能力與設備的夥伴。

在BGA組裝過程中，靜電防護和BGA元件烘烤是另外需要考慮的因素。BGA元件通常需要提供靜電防護的特殊容器。在印刷電路板組裝過程中，應實施嚴格的靜電防護措施，包括設備接地、人員管理和環境控制。

結論

總結而言，球柵陣列產品提供了顯著的連接密度提升，但也具有獨特的焊接製程問題。透過遵循為精密印刷、正確組裝、最佳回流焊、彈性電路板設計、操作控制及全面檢測所指定的七個步驟，即可獲得高品質的BGA焊接連接。隨著精密封裝技術的發展，為實現可接受的良率與可靠性，進一步的製程創新將是必要的。憑藉多年管理全球客戶印刷電路板組裝需求的專業經驗，EFPCB能夠將幾乎任何類型的零件焊接至電路板上，包括BGA組裝元件。在所有較新型的封裝形式中，BGA（球柵陣列）封裝因其多樣性而成為應用領域最廣泛的主要類型，這克服了舊式封裝中的許多限制。