BGA焊接失败分析与正确方法

雷东生

【摘要】IT行业的发展使产品性价比越来越高，各个厂商品牌都在以最新的配置和最靚的外观吸引着广大的消费者。各个厂商在快节奏推陈出新的同时，不够严谨的设计，不够冗余的散热系统，不够完全的测试，这些缺陷都会在若干年后显现出来。首当其冲的就是笔记本电脑的独立显卡和南桥。大多数维修者在做BGA焊接时感到有难处，本文阐述BGA焊接失败原因与正确焊接方法。

【关键词】BGA焊接；失败原因；正确方法

首先要知道BGA技术（Ball Grid Array Package）即球栅阵列封装技术。该技术便成为CPU、主板南北桥等高密度、高性能、多引脚芯片封装的最佳选择。BGA封装引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。采用了可控塌陷芯片法焊接，改善它的电热性能。组装可用共面焊接，能大大提高封装的可靠性，并且使封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。封装本体厚度比普通QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上。因此BGA封装为现今手机、笔记本电脑的小型化微型化作出了很大的贡献。但因为连接两端的锡球在装好后是不能直接用肉眼看见的，也不容易检查是否焊接成功。这都为返修更带来了很大的难度，普通维修者采用就是万元左右的BGA返修台。

图一、BGA封装芯片

第二、根据多年的维修经验，总结常见的BGA返修出问题的原因：

1、焊接温度不正确，过低会虚焊，过高会连焊短路甚至烧坏芯片，要搞清楚是有铅和无铅焊接。不同的锡铅比例焊锡的熔点温度不同，一般为180～230 ℃。无铅焊锡，锡的熔点是231.89 ℃。2、焊接温度的曲线不正确，容易发生虚焊和锡球变脆等导致可靠性不高的结果。3、静电损坏芯片，在焊接操作过程中要特别注意静电。4、机器因为芯片导致花屏，更换元件一定要买新的无缺陷版本芯片来做BGA了，否则会出同样的问题。5、看看主板上的微小电容电阻等元件受热是否脱落，导致主板电路不完整。6、芯片的植球是决定成败的关键，如果一片锡球中有一个大小或高度与其他的不一样，就要想办法改正。7、吸锡带不怎么吸锡，就涂一点焊锡膏在吸锡带上，用一点剪一点，尽量用新的吸锡带来吸锡。避免电烙铁头直接接触焊盘，以免烧坏焊盘使焊盘脱落。8、用酒精和海绵清洗掉残余焊锡膏并充分风干，使焊盘干净。9、用好隔热胶带，不是直接贴在元件上，而是贴在PCB板上让翘起的部分来导热风，能阻止热风直接接触脆弱的元件，在极其脆弱的地方要直接贴两层，如GPU上。10、有的机器显卡芯片上铜片一定要加，特别要注意显卡芯片不要被铜片所压坏。可以在加铜片的时候，同螺丝刀试探是否已经不能滑动，刚好不能滑动时就不要拧螺丝了。为了让铜片发挥出最高效率，原来的导热硅脂要砌底清干净。铜片两面都要涂新的含银硅脂，保证铜片和显卡芯片的良好接触。另外，为了防止含银硅脂导致显卡短路，要在显卡芯片周围用绝缘胶纸等材料把显卡上的小电容小电阻全部覆盖掉。

第三、BGA 芯片拆卸、焊接流程正确方法：

基础知识：1、均匀加热芯片，温度不超过400 ℃，芯片是不会损坏的。2、BGA芯片的不同部位的加热时温差不能超过10 ℃。3、BGA芯片加热温度上升不能高于6 ℃ / S。4、目前大部分的BGA芯片是塑料封装的，简称PBGA，因塑料材质容易吸潮，拆封后须立即使用，否则在加热过程中易产生“爆米花”效应，损坏芯片，与空气接触时间较长的芯片，可以用铁板烧先低温去潮处理后再使用。5、PCB板的温度不能超过280 ℃，否则极易变形。

芯片摘取和焊接

设定的上部回流焊加热程序（常用的南桥及显卡芯片）：第一阶段，匀速加热温度到160 ℃，使用时间30秒，平均5.33 ℃/S。第二阶段，匀速加热温度到185 ℃，持续时间25秒。第三阶段，匀速加热温度到225 ℃，持续时间40秒。第四阶段，匀速加热温度到255 ℃，持续时间35秒。第五阶段，匀速降温至225℃，持续15秒，程序结束。设定的下部红外加热程序：第一阶段，匀速加热温度到135 ℃，使用时间30秒。第二阶段，匀速加热温度到150 ℃，至程序结束。回流焊典型温度曲线变化图如下图二（可参考）：

具体操作：1、将电路板固定到焊台上，利用下部的电路板支撑装置，把电路板支撑平整，做到用手轻按电路板不弯曲。2、选择正确的焊嘴（焊嘴以能覆盖芯片为合适），放下回流焊头，使焊嘴的最下边距芯片表面距离 2-3mm，设定好程序，启动焊接程序。3、待程序结束后，用真空笔把芯片吸下来。待主板冷却后取下。4、将电路板固定到焊台上，利用下部的电路板支撑装置，把电路板支撑平整，做到用手轻按电路板不弯曲。5、线路板上都有比BGA芯片略大点的白色方框，把芯片摆放到正中间，允许有芯片长度千分之五的误差，在高温下锡的张力会把芯片复位。6、选择正确的焊嘴（焊嘴已能覆盖芯片为合适），放下回流焊头，使焊嘴的最下边距芯片表面距离 2-3mm，设定好程序，启动焊接程序。程序结束，主板冷却后取下试机。

芯片焊拆注意事项

1、电路板在高温状态下极易弯曲，在固定电路板后一定要使支撑装置将电路板支撑平整。如果电路板弯曲，内部的导线有可能断开，BGA芯片锡珠不能与电路板上焊盘焊接。这两种情况电路板都会报废。2、芯片摘取、焊接过程中，焊嘴附近元件上的焊锡都处在熔化状态，焊台不能振动、摇晃，不能有风，否则元件会移位、丢失。造成电路板报废。3、在清理电路板和芯片的过程中，选用好的吸锡绳和助焊剂，使用合适的方法，注意不要把芯片和电路板上的焊盘拉脱落。4、设定合适的加热程序，不合理的加热程序会使芯片或电路板损坏。

总结：BGA 焊接用得上一句话，细节决定成败，特别是细节的地方要一丝不苟。

参考文献：

[1]《家电维修》 2011年.第7期.

[2]《焊接技术》 陈大利、北京交通大学出版社、2010.4