BGA元件的維修技術及操作方法

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

隨著半導體工藝技術的發展，近年來在手機亦廣泛地使用到BGA封裝IC元件，它對于手機的微型化和多功能化起到決定性作用。但是，手機制造商卻同時利用BGA元件的難維修性，人為加進某些限制來制約手機維修業界，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、解焊設備略有琢磨，籍此向同行介紹BGA元件的維修技術與操作技能，望能以"拋磚引玉"，將技術提高到更高層次。

一．BGA維修中要重視的問題

因為BGA封裝所固有的特性，因此應謹記以下幾點問題：
　　　 ①防止焊拆過程中的超溫損壞。
　　　 ②防止靜電積聚損壞。
　　　 ③熱風焊接的風流及壓力。
　　　 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板上的裝聯焊接本是電子工廠自動化設備進行的，業余情況下碰到上述的問題雖有難度，但憑著細心、嚴謹、科學的態度，借助先進的返修設備工具，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"操作溫度和風壓"無譜"，就算采用"白光"850熱風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。筆者從維修設備市場幾經篩選，從精度、可靠性、科學性角度最終還是選用了以下的設備和工具（如下圖）：
　　 ① SUNKKO 852B 智能型熱風拆焊器。
　　 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的解焊前準備。
　　 將SUNKKO 852B的參數狀態設置為：溫度280℃~310℃；解焊時間：15秒；風流參數：×××（1~9檔通過用戶碼均可預置）；（如下圖）

最后將拆焊器設到自動模式狀態，利用SUNKKO 202 BGA 防靜電植錫維修臺，用萬用頂尖將手機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，

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

解焊結束后在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，好處是便于續后的BGA焊接。如出現PCB焊盤上有余錫搭連，則用防靜電焊臺處理均勻，嚴重的搭連，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進行清洗干凈。

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　　 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孔之鋼片，鋼片厚度要求有2mm厚，并要求孔壁光滑整

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齊，喇叭孔的下面（接觸BGA的一面孔）應比上面（刮錫進去小孔）大10μm~15μm。（上述兩點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，要注意現市場上較多的劣質鋼片都不是激光加工的，而是化學腐蝕法，它除了孔壁粗糙不規則，網孔沒有喇叭形或出現雙面喇叭孔，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的凹位，將BGA元件用雙面
膠粘到凹槽內，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孔很方便、很準確地對準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孔里，當所有網

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，可再壓上鋼片進行局部補錫。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進行粘接定位，防止被熱風吹走，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。將智能拆焊器參數預設為溫度260℃~280℃，焊接時間：20秒，氣流參數不變。BGA噴咀對準芯片并離開4mm時，觸發自動焊接按鈕。隨著BGA錫球的熔化與PCB焊盤形成較優良的錫合金焊接，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進行施壓力，哪怕風壓太大亦會使BGA下面錫球間出現短路。

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　　 　　 　 　　 單面喇叭孔印錫
　　
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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絲的幾分之一，因此在焊接過程中往往是決定BGA成敗的關鍵。"拆焊器"的操作與調整相當重要，一是溫度，二是氣流風壓，都必須一清二楚，不能隨便，否則前功盡廢，甚至帶來無可修復毀壞結果，所以使用傳統850型"熱風槍"就要格外小心，最好先用溫度計先測量出熱風溫度，切不要拿BGA線路板去試吹。為什么相當維修人員覺得焊接BGA太難，主要還是無法掌握"熱風槍"的熱風參數，依靠主觀判斷或"經驗"去焊接高要求、高精度的BGA元件，從實際和科學的角度上來看，非常的不嚴謹，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構，PCB在裝機時氧化的錫球受力容易斷裂，出現不良虛焊。
　　 ②超溫會使"嫩"的多層布線主板局部過熱變形，嚴重時起泡分層而報廢。同時，現時相當多的維修者使用"熱風槍"吹焊BGA時因為沒有專用BGA風咀，簡單采用將"熱風槍"原噴咀拿掉進行操作，由于此時的熱風范圍很大，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專用風咀就可以安全避免這問題的發生。 過大的風流風壓施加在BGA芯片上，等同于外力壓到芯片上，由于BGA芯片輕而薄，有可能使錫球內部搭連，前功盡棄。因此，在焊接BGA過程中，科學地設置合適的溫度、風流、時間、焊接區域四個參數顯得尤為重要。

五． BGA焊接后的檢查與PCB主板的清洗

　　 非專業人員都不具備專用檢查BGA焊接質量的X線探測設備，因此我們只能借助放大鏡燈對已焊上PCB的BGA元件進行檢查，主要是芯片是否對中，角度是否相對應，與PCB 是否平行，有無從周邊出現焊錫溢出，甚至短路等，否則都要重新拆焊，絕不能草率地通電試機，以免擴大故障面。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，應對BGA元件及PCB進行超聲清洗，以去掉多余的助焊劑和有可能出現的錫屑。

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　　 BGA元件安裝在手機主板，除了利用錫球焊接PCB外，還在BGA和PCB之間的縫隙注入強力膠水進行加固。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；今后隨著手機設計技術的發展，其內部線路將大規模地集成為單片化BGA，這樣使得BGA的尺寸增大許多，事實上現在有些機型已是這樣，而在返修這種大型BGA時，我們應掌握那些較科學的方法，而不是讓讀者去猜什么"絕技"呢。這是技術之三。以下分別一一介紹。

　　 一． 膠水的處理
　　 據筆者掌握，現在手機主板和BGA之間所使用的膠水，基本是三大類型：①醚類粘膠。②環氧樹脂粘膠。③聚脂粘膠。而這些膠水在生產施工時，有可能是雙組份型固化或紫外光固化，因此，如要對其進行溶膠處理，確有一定困難?，F在我們所采取的有效辦法是：選取對應的溶膠水并要選無腐蝕性的和揮發量小的。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行拆拔BGA，否則損無疑?，F在市場上的BGA溶膠水，實際效果并不理想，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性強的溶膠水被加熱，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，經多次反復直至清除。

　　 二． BGA或PCB上焊盤損壞的修復
　　 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械強度的，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采用耐高溫導電膠微量涂上（為修復出與原焊盤相同的焊盤，可以采用BGA植錫鋼片反面壓上進行漏印上去），然后用150℃左右的熱風加熱約20分鐘，即可成為一個即能耐300℃高溫，亦能導電的修復焊盤，而某些文章介紹采用細銅線繞成焊盤狀再用錫去焊象頭發絲大小的"根"，就算能焊上，我們可以想象出有多大的機械吸附強度？并且在續后的對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。（關于耐高溫導電膠，如讀者需要的，可與筆者聯系）

　　 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常碰到，而現今的手機亦開始應用起來了?；蛟S，會有人認為返修小型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"型，其對PCB的應力可忽略；而大型BGA面積大，相對來說屬地"面"型，其對PCB的應力就需要考慮了。應力變大會出現什么樣情況？大家想想BGA鋼片受熱時，越大的鋼片變型越大，這就是應力的作用。如果你維修的手機主板由于大面積加熱而出現應力形變，那么您可以想象有什么后果了，因些，碰到這些機子時，應注意三點：1）還是注意溫度的設定；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力。 具體方法如下：采用BGA維修平臺水平固定好主板，在被拆BGA下方放置SUNKKO 853輔助預熱臺，將溫度設定于200℃~220℃，并恒溫1分鐘，BGA上方仍采用SUNKKO 852并裝置BGA噴咀，選擇設置參數（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，是一項技術性與技巧性很強的操作，絕不能來得馬虎了事，必須切記細心、嚴謹、科學的態度，能借助先進的返修設備就盡可能使用，有先進工藝的就應學習和采用，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大化，甚至將主板報廢了。筆者相信，有業界各高手的不斷研究創新，手機BGA的返修技術一定能更先進、更容易、更科學。