BGA元件的維修技術(shù)及操作方法

球柵列陣封裝技術(shù)（Ball Gird Arroy），簡稱BGA封裝早在80年代已用于尖端軍備、導(dǎo)彈和航天科技中。

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，近年來在手機(jī)亦廣泛地使用到BGA封裝IC元件，它對于手機(jī)的微型化和多功能化起到?jīng)Q定性作用。但是，手機(jī)制造商卻同時利用BGA元件的難維修性，人為加進(jìn)某些限制來制約手機(jī)維修業(yè)界，使我們在維修BGA過程中碰到一定的困難，甚至無從下手。筆者從事電子通訊維修十年，并對SMD元件的焊接、解焊設(shè)備略有琢磨，籍此向同行介紹BGA元件的維修技術(shù)與操作技能，望能以"拋磚引玉"，將技術(shù)提高到更高層次。

一．BGA維修中要重視的問題

因為BGA封裝所固有的特性，因此應(yīng)謹(jǐn)記以下幾點(diǎn)問題：
　　　 ①防止焊拆過程中的超溫?fù)p壞。
　　　 ②防止靜電積聚損壞。
　　　 ③熱風(fēng)焊接的風(fēng)流及壓力。
　　　 ④防止拉壞PCB上的BGA焊盤。
　　　 ⑤BGA在PCB上的定位與方向。
　　　 ⑥植錫鋼片的性能。
　　 BGA在PCB板上的裝聯(lián)焊接本是電子工廠自動化設(shè)備進(jìn)行的，業(yè)余情況下碰到上述的問題雖有難度，但憑著細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的態(tài)度，借助先進(jìn)的返修設(shè)備工具，操作容易、成功率是較大的。

二． BGA維修中要用到的基本設(shè)備和工具

　　 BGA維修的成敗，很大程度上決定于植錫工具及"熱風(fēng)槍"。筆者及很多同行碰到最多的難題還是植錫困難和"850"操作溫度和風(fēng)壓"無譜"，就算采用"白光"850熱風(fēng)槍也都會因電壓變動的原因，溫度和氣流也很難掌握，不知不覺中損壞BGA和主板，因此成功率不高。筆者從維修設(shè)備市場幾經(jīng)篩選，從精度、可靠性、科學(xué)性角度最終還是選用了以下的設(shè)備和工具（如下圖）：
　　 ① SUNKKO 852B 智能型熱風(fēng)拆焊器。
　　 ② SUNKKO 202 BGA防靜電植錫維修臺。
　　 ③ SUNKKO BGA專用焊接噴頭。
　　 ④ SUNKKO 3050A 防靜電清洗器。
　　 而真空吸筆、放大鏡（顯微鏡更好）則作為輔助使用。

三． BGA的維修操作技能

　　 ⑴．BGA的解焊前準(zhǔn)備。
　　 將SUNKKO 852B的參數(shù)狀態(tài)設(shè)置為：溫度280℃~310℃；解焊時間：15秒；風(fēng)流參數(shù)：×××（1~9檔通過用戶碼均可預(yù)置）；（如下圖）

最后將拆焊器設(shè)到自動模式狀態(tài)，利用SUNKKO 202 BGA 防靜電植錫維修臺，用萬用頂尖將手機(jī)PCB板裝好并固定在維修臺上。
　　 ⑵．解焊。
　　 解焊前切記芯片的方向和定位，如PCB上沒有印定位框，則用記號筆沿四周劃上，在BGA底部注入小量助焊劑，選擇合適被解焊BGA尺寸的BGA專用焊接噴頭裝到852B上，

將手柄垂直對準(zhǔn)BGA，但注意噴頭須離開元件約4mm，按動852B手柄上的啟動鍵，拆焊器將以預(yù)置好的參數(shù)作自動解焊。

解焊結(jié)束后在2秒后用吸筆將BGA元件取下，這樣可使原錫球均勻分在PCB和BGA的焊盤上，好處是便于續(xù)后的BGA焊接。如出現(xiàn)PCB焊盤上有余錫搭連，則用防靜電焊臺處理均勻，嚴(yán)重的搭連，可以PCB上再涂一次助焊劑，再次啟動852B對PCB加溫，最終使錫包整齊光滑。通過防靜電焊臺采用吸錫帶將BGA上的錫完全吸除。注意防靜電和不要過溫，否則會破壞焊盤甚至主板。
　　 ⑶．BGA和PCB的清潔處理。
　　 使用高純的洗板水將PCB焊盤清潔擦凈，采用超聲清洗器（要帶防靜電裝置）裝入洗板水，將拆下的BGA進(jìn)行清洗干凈。

　　 ⑷．BGA芯片植錫。
　　 BGA芯片的植錫須采用激光打孔的具有單面喇叭型網(wǎng)孔之鋼片，鋼片厚度要求有2mm厚，并要求孔壁光滑整

齊，喇叭孔的下面（接觸BGA的一面孔）應(yīng)比上面（刮錫進(jìn)去小孔）大10μm~15μm。（上述兩點(diǎn)通過十倍的放大鏡就可以觀察出）。這樣才能使漏印而錫漿容易落到BGA上，要注意現(xiàn)市場上較多的劣質(zhì)鋼片都不是激光加工的，而是化學(xué)腐蝕法，它除了孔壁粗糙不規(guī)則，網(wǎng)孔沒有喇叭形或出現(xiàn)雙面喇叭孔，這類鋼片在植錫時碰到的困難就很大了。采用上述的BGA維修臺中之植錫功能→模板和鋼片，先在定位模板找到相應(yīng)的凹位，將BGA元件用雙面
膠粘到凹槽內(nèi)，將帶有精密定位方、圓孔的鋼片放到定位模板上，再用其附件磁力壓塊將鋼片壓貼模板上。由于該套工具獨(dú)特的三重精密定位裝置（BGA→模板→鋼片），保證就算閉上眼亦能將鋼片網(wǎng)孔很方便、很準(zhǔn)確地對準(zhǔn)BGA元件小焊盤（但切記鋼片刻有字的為向上）。用小刮刀將小量的、較濃稠的錫漿刮到鋼片的網(wǎng)孔里，當(dāng)所有網(wǎng)

孔已充滿后，從鋼片的一端將鋼片慢慢地掀起，BGA芯片

上即漏印出小錫堆，再次用拆焊器如前述對其加溫，使BGA上錫堆變成列陣均勻的錫球。如個別焊盤未有錫球，可再壓上鋼片進(jìn)行局部補(bǔ)錫。筆者不贊同連鋼片一起加溫的辦法，因為這樣除影響植錫球外，還會將精密的鋼片熱變形而損壞。

⑸．BGA芯片的焊接。
　　 在BGA錫球和PCB焊盤上沾上小量較濃的助焊劑（要求高純，可采用活性松香加入到分析純酒精中溶解出），找回原來的記號放置BGA。助焊的同時可對BGA進(jìn)行粘接定位，防止被熱風(fēng)吹走，但要注意不能放太多焊劑，否則加溫時亦會由于松香產(chǎn)生過多的氣泡使芯片移位。PCB板同樣亦是安放于防靜電維修臺中用萬用頂尖固定并須水平安放。將智能拆焊器參數(shù)預(yù)設(shè)為溫度260℃~280℃，焊接時間：20秒，氣流參數(shù)不變。BGA噴咀對準(zhǔn)芯片并離開4mm時，觸發(fā)自動焊接按鈕。隨著BGA錫球的熔化與PCB焊盤形成較優(yōu)良的錫合金焊接，并通過錫球的表面張力使芯片即使原來與主板有偏差亦會自動對中，如此大功告成。注意焊接過程中不能對BGA進(jìn)行施壓力，哪怕風(fēng)壓太大亦會使BGA下面錫球間出現(xiàn)短路。

　　
　　 　　 　 　　 單面喇叭孔印錫
　　

四． BGA焊接過程的分析

　　 大家知道BGA元件的"嬌"，亦知道PCB主板的"嫩"，是異常精密的多層立體交叉式布線，大部分的過層走線只有頭發(fā)絲的幾分之一，因此在焊接過程中往往是決定BGA成敗的關(guān)鍵。"拆焊器"的操作與調(diào)整相當(dāng)重要，一是溫度，二是氣流風(fēng)壓，都必須一清二楚，不能隨便，否則前功盡廢，甚至帶來無可修復(fù)毀壞結(jié)果，所以使用傳統(tǒng)850型"熱風(fēng)槍"就要格外小心，最好先用溫度計先測量出熱風(fēng)溫度，切不要拿BGA線路板去試吹。為什么相當(dāng)維修人員覺得焊接BGA太難，主要還是無法掌握"熱風(fēng)槍"的熱風(fēng)參數(shù)，依靠主觀判斷或"經(jīng)驗"去焊接高要求、高精度的BGA元件，從實(shí)際和科學(xué)的角度上來看，非常的不嚴(yán)謹(jǐn)，自然成功的幾率也就低了。
　　 超溫焊接操作，雖然速度很快，但帶來兩個問題：
　　 ①BGA錫球應(yīng)與PCB焊盤所形成的合金成份變得脆、硬并且由于高溫氧化而生成疏松的晶粒結(jié)構(gòu)，PCB在裝機(jī)時氧化的錫球受力容易斷裂，出現(xiàn)不良虛焊。
　　 ②超溫會使"嫩"的多層布線主板局部過熱變形，嚴(yán)重時起泡分層而報廢。同時，現(xiàn)時相當(dāng)多的維修者使用"熱風(fēng)槍"吹焊BGA時因為沒有專用BGA風(fēng)咀，簡單采用將"熱風(fēng)槍"原噴咀拿掉進(jìn)行操作，由于此時的熱風(fēng)范圍很大，往往是將BGA旁的SMD元件一起受熱，造成了BGA是焊好了，但其周邊的不耐熱元件（如鉭電解電容、陶瓷元件等）則燒壞，而使用BGA專用風(fēng)咀就可以安全避免這問題的發(fā)生。 過大的風(fēng)流風(fēng)壓施加在BGA芯片上，等同于外力壓到芯片上，由于BGA芯片輕而薄，有可能使錫球內(nèi)部搭連，前功盡棄。因此，在焊接BGA過程中，科學(xué)地設(shè)置合適的溫度、風(fēng)流、時間、焊接區(qū)域四個參數(shù)顯得尤為重要。

五． BGA焊接后的檢查與PCB主板的清洗

　　 非專業(yè)人員都不具備專用檢查BGA焊接質(zhì)量的X線探測設(shè)備，因此我們只能借助放大鏡燈對已焊上PCB的BGA元件進(jìn)行檢查，主要是芯片是否對中，角度是否相對應(yīng)，與PCB 是否平行，有無從周邊出現(xiàn)焊錫溢出，甚至短路等，否則都要重新拆焊，絕不能草率地通電試機(jī)，以免擴(kuò)大故障面。而只有在檢查無誤時方可通電檢查電性能和功能。另外，在通電檢查性能功能正常后，應(yīng)對BGA元件及PCB進(jìn)行超聲清洗，以去掉多余的助焊劑和有可能出現(xiàn)的錫屑。

　　 BGA元件安裝在手機(jī)主板，除了利用錫球焊接PCB外，還在BGA和PCB之間的縫隙注入強(qiáng)力膠水進(jìn)行加固。而在我們的維修過程中，如何將膠水去掉以利植錫和焊接，這是技能之一；在BGA或PCB的拆焊過程中，由于對"熱風(fēng)槍"溫度的難以掌握，往往會錯手損壞焊盤甚至脫落，碰到這個問題該如何辦呢？這是技能之二；今后隨著手機(jī)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，其內(nèi)部線路將大規(guī)模地集成為單片化BGA，這樣使得BGA的尺寸增大許多，事實(shí)上現(xiàn)在有些機(jī)型已是這樣，而在返修這種大型BGA時，我們應(yīng)掌握那些較科學(xué)的方法，而不是讓讀者去猜什么"絕技"呢。這是技術(shù)之三。以下分別一一介紹。

　　 一． 膠水的處理
　　 據(jù)筆者掌握，現(xiàn)在手機(jī)主板和BGA之間所使用的膠水，基本是三大類型：①醚類粘膠。②環(huán)氧樹脂粘膠。③聚脂粘膠。而這些膠水在生產(chǎn)施工時，有可能是雙組份型固化或紫外光固化，因此，如要對其進(jìn)行溶膠處理，確有一定困難?，F(xiàn)在我們所采取的有效辦法是：選取對應(yīng)的溶膠水并要選無腐蝕性的和揮發(fā)量小的。對于解焊BGA同時拆除膠水的，采用智能型拆焊器控制好溫度先將BGA與衣板分離，通過合適的溫度使膠水變軟，但注意膠水未軟化前絕不能強(qiáng)行拆拔BGA，否則損無疑?，F(xiàn)在市場上的BGA溶膠水，實(shí)際效果并不理想，主要是溶膠時間過長（有些需2-3小時）。而筆者采用了"煮湯"辦法大大地加速膠水的溶化：找一個小金屬盒，如最好是"清涼油"的鐵盒，將其清洗干凈后作為"鍋"，"煮湯"時將帶有膠水的BGA元件放入，然后倒入小量溶膠水，將蓋合上。"鍋"放置于恒溫焊臺的烙鐵部分，將溫度調(diào)校到200℃~250℃，烙鐵將加熱熔膠水，并加速BGA上膠水的分離。但注意如采用的是揮發(fā)性強(qiáng)的溶膠水被加熱，會造成金屬盒上蓋沖開，所以小心為上。而主板上殘存的膠水，則采用恒溫拆焊器定溫250℃~280℃先將其加熱，然后涂熔膠水，經(jīng)多次反復(fù)直至清除。

　　 二． BGA或PCB上焊盤損壞的修復(fù)
　　 無論是BGA或是PCB上的焊盤，都是采用銅銀合金通過電鑄沉積出來的，它在常溫時是有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的，但在溫度影響特別是超溫時，則容易脫落。而我對其修復(fù)的辦法很簡單并可靠：
　　 ①通過放大鏡或顯微鏡觀察，用較尖的刀鋒將脫掉焊盤留下的"根"，小心地刮開一個小凹圓坑，尺寸與原焊盤稍大些，約0.1mm深度，并刮出"根"的金屬光澤出來;

　　 ②采用耐高溫導(dǎo)電膠微量涂上（為修復(fù)出與原焊盤相同的焊盤，可以采用BGA植錫鋼片反面壓上進(jìn)行漏印上去），然后用150℃左右的熱風(fēng)加熱約20分鐘，即可成為一個即能耐300℃高溫，亦能導(dǎo)電的修復(fù)焊盤，而某些文章介紹采用細(xì)銅線繞成焊盤狀再用錫去焊象頭發(fā)絲大小的"根"，就算能焊上，我們可以想象出有多大的機(jī)械吸附強(qiáng)度？并且在續(xù)后的對BGA焊接到主板上時，這樣的"焊盤"在受溫度加熱時，非常容易再脫落，造成前功盡棄。（關(guān)于耐高溫導(dǎo)電膠，如讀者需要的，可與筆者聯(lián)系）

　　 三． 大型單片式BGA芯片的返修注意事項和方法
　　 大型單片式BGA芯片，通常指比"拆焊器"頭大的IC。筆者在維修手提電腦時經(jīng)常碰到，而現(xiàn)今的手機(jī)亦開始應(yīng)用起來了。或許，會有人認(rèn)為返修小型BGA與大型BGA都同樣操作即可，那是錯誤的。原因是小型BGA面積小，相對來說屬于"點(diǎn)"型，其對PCB的應(yīng)力可忽略；而大型BGA面積大，相對來說屬地"面"型，其對PCB的應(yīng)力就需要考慮了。應(yīng)力變大會出現(xiàn)什么樣情況？大家想想BGA鋼片受熱時，越大的鋼片變型越大，這就是應(yīng)力的作用。如果你維修的手機(jī)主板由于大面積加熱而出現(xiàn)應(yīng)力形變，那么您可以想象有什么后果了，因些，碰到這些機(jī)子時，應(yīng)注意三點(diǎn)：1）還是注意溫度的設(shè)定；2）一定要采用BGA專用噴咀，不要大面積亂吹；3）要采用上下同時加熱辦法消除和減小受熱應(yīng)力。 具體方法如下：采用BGA維修平臺水平固定好主板，在被拆B(yǎng)GA下方放置SUNKKO 853輔助預(yù)熱臺，將溫度設(shè)定于200℃~220℃，并恒溫1分鐘，BGA上方仍采用SUNKKO 852并裝置BGA噴咀，選擇設(shè)置參數(shù)（參閱上期介紹），即可安全快捷地拆下和焊上大型BGA元件。

　　 四． 后話（記）
　　 BGA元器件的維修，是一項技術(shù)性與技巧性很強(qiáng)的操作，絕不能來得馬虎了事，必須切記細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的態(tài)度，能借助先進(jìn)的返修設(shè)備就盡可能使用，有先進(jìn)工藝的就應(yīng)學(xué)習(xí)和采用，不要被一些"土辦法"所迷惑，否則"賠了夫人又折兵"，將原來不大的故障擴(kuò)大化，甚至將主板報廢了。筆者相信，有業(yè)界各高手的不斷研究創(chuàng)新，手機(jī)BGA的返修技術(shù)一定能更先進(jìn)、更容易、更科學(xué)。