SMT 实用工艺基础 - BGA 返修工艺

在 SMT（表面贴装技术）生产领域，BGA（球栅阵列封装）器件的返修工艺因其焊点隐藏在器件底部、精度要求高的特点，成为保障产品良率的关键环节。上海鉴龙在为电子制造企业提供 SMT 工艺技术支持的过程中发现，规范的 BGA 返修流程与适配的设备选择，能有效降低因返修不当导致的器件损坏、PCB 翘曲等问题，因此结合实际服务经验，对 BGA 返修系统原理、返修步骤及植球工艺进行详细梳理，为实操提供参考。

BGA 返修系统的核心原理是通过细热风气流聚集于 BGA 引脚与焊盘的焊点处，使焊锡融化或焊膏回流，从而实现器件的拆卸与焊接，同时搭配真空机械装置完成器件吸取，避免人工操作对器件和周边元件造成损伤。这类系统的热风气流主要通过可更换的方形热风喷嘴输出，由于热气流从加热头四周分布，能精准作用于焊点区域，不会对 BGA 器件、基板及周围 SMD 元件造成热损伤。不同厂家的返修系统差异主要体现在加热源与气流方式上，部分喷嘴仅向上方喷气，而更优的设计是让热风在 BGA 四周与底部流动，配合 PCB 底部预热功能 —— 上海鉴龙在设备选型建议中，常优先推荐这类系统，尤其针对厚度 0.8mm 以下的薄 PCB 板，底部预热能有效防止板体翘曲，减少因应力导致的焊盘脱落风险。由于 BGA 焊点不可见，返修系统必须配备分光视觉系统（底部反射光学系统），确保贴装时 BGA 与 PCB 焊盘精准对中，例如上海鉴龙曾协助某通讯设备厂调试的美国 OK 公司 BGA3000 系列设备，通过该系统可将对中精度控制在 ±0.02mm 以内，满足高密度 BGA 的返修需求。

BGA 的返修步骤需严格遵循流程，首先是器件拆卸：将待返修的表面组装板固定在返修系统工作台上，选择与 BGA 尺寸匹配的方形热风喷嘴（如 10x10mm BGA 对应 12x12mm 喷嘴），平稳安装在上加热器连接杆后，扣合于器件上方，确保喷嘴与器件四周间距均匀，若周边有高元件阻挡，需先拆卸并做好标记待后续复位；随后选择适配吸盘（直径略小于 BGA 顶面尺寸），调节真空负压吸管高度至吸盘接触器件顶面，开启真空泵；根据 BGA 尺寸与 PCB 厚度设置拆卸温度曲线，以上海鉴龙服务的某消费电子厂案例为例，针对 15x15mm BGA 与 1.2mm 厚 PCB，温度曲线分为预热段（120-150℃，保持 60 秒）、升温段（150-220℃，升温速率 1.5℃/s）、峰值段（240-250℃，保持 30 秒），该温度比传统 SMD 高约 15℃，以确保焊点完全融化；开启加热电源并将热风量调至 3.5L/min，待焊锡融化后，器件被真空吸管吸取，此时抬起喷嘴、关闭真空泵，妥善收纳拆卸器件。

拆卸完成后需清理 PCB 焊盘：用 2mm 宽的扁铲形烙铁头（温度设 280℃）配合 0.8mm 厚的拆焊编织带，轻轻清理残留焊锡，操作时力度控制在 3N 以内，避免刮伤焊盘与阻焊膜；清理后用异丙醇浸湿无尘布，反复擦拭焊盘区域 3 次，确保助焊剂残留完全去除，上海鉴龙在工艺检查中发现，残留助焊剂若未清理干净，会导致后续焊膏印刷不均，增加虚焊风险。

由于 PBGA 器件对潮气敏感，去潮处理必不可少：开封后需立即检查湿度显示卡，在 23℃±5℃环境下，若指示湿度＞20% 则需去潮，将器件放入耐高温（＞150℃）的防静电塑料托盘（托盘底部预留 4 个直径 2mm 的通风孔），置于电热鼓风干燥箱中，在 125±5℃下烘烤 12-20 小时 —— 上海鉴龙曾为某医疗设备厂处理受潮器件，因器件开封后在 25℃、60% 湿度环境放置 48 小时，烘烤时间延长至 24 小时，确保潮气完全排出；操作时需保证烘箱接地良好，操作人员佩戴接地防静电手镯，防止静电损坏器件。

印刷焊膏环节需使用 BGA 专用小模板，模板厚度与开口尺寸根据焊球直径和球距确定，例如球径 0.5mm、球距 1.0mm 的 BGA，模板厚度选 0.12mm，开口尺寸设为 0.47mm（比球径小 0.03mm），开口边缘做 R0.02mm 倒圆角处理，避免刮伤焊盘；印刷时采用 63Sn/37Pb 焊膏（粘度 25000cP），刮刀压力设为 0.2MPa，速度 50mm/s，印刷后用 20 倍显微镜检查，若存在焊膏桥连或缺料，需用异丙醇超声波清洗模板（功率 300W，时间 5 分钟）后重新印刷，上海鉴龙在实操中会协助客户制定印刷质量检查表，确保每片 PCB 的焊膏覆盖率达 99% 以上。

贴装 BGA 时，先将印好焊膏的 PCB 固定，选择直径与 BGA 顶面匹配的吸嘴（真空负压设为 - 60kPa），吸取器件后开启返修系统的顶部光源与反射光源，调节焦距使 PCB 焊盘与 BGA 底部图像清晰，通过工作台 X、Y 轴与角度旋钮调整，使两者图像完全重合 —— 针对 20x20mm 以上的大尺寸 BGA，上海鉴龙建议采用裂像功能辅助对准，确保边缘引脚对中精度；对准后缓慢降下吸嘴，将器件贴装至 PCB 焊盘上，关闭真空泵，轻压器件边缘（压力 1N），确保焊膏与焊球充分接触。

再流焊接需精准控制参数：预热温度设 110℃，升温速率 1℃/s，峰值温度 235℃（比传统 SMD 高 15℃），保持时间 25 秒，PCB 底部预热温度 160℃，热风量调至 3L/min，避免风速过大导致焊球移位；焊接完成后，待 PCB 冷却至室温（约 30 分钟），再取下检查。检验环节，除 X 光设备检测焊点内部质量外，无 X 光设备时可通过对光平视 BGA 四周，观察焊膏是否完全融化、焊球是否均匀塌陷（塌陷高度约为原球径的 1/3），同时上海鉴龙建议进行导通测试，用万用表检测 BGA 引脚与 PCB 对应焊盘的导通性，确保无虚焊、断路问题。

经过拆卸的 BGA 器件需植球后才能重复使用，植球工艺首先需去除器件底部残留焊锡：用 2mm 宽的扁铲形烙铁头清理焊盘，温度设 270℃，配合拆焊编织带将焊锡清理平整，随后用乙醇擦拭 3 次，去除助焊剂残留；接着印刷助焊剂，选用 10000cP 的高粘度免清洗助焊剂，通过专用模板（开口与焊盘一一对应）印刷，确保助焊剂图形清晰、不漫流；选择焊球时，若使用 63Sn/37Pb 焊膏，焊球直径比原球小 0.05mm（如原球 0.5mm，选 0.45mm），确保焊接后球径符合要求；采用植球器时，选择开口比焊球大 0.08mm 的模板，将焊球均匀撒在模板上，以 5N 以内的力度摇晃植球器，使每个漏孔保留一个焊球，随后将印好助焊剂的 BGA（焊盘向下）与模板对准，降下吸嘴将器件贴装至焊球上，吸取后完成植球；无植球器时，用厚度 0.4mm 的垫块将模板架于 BGA 上方（对应 0.5mm 焊球），对准后轻敲模板边缘，使焊球落入焊盘，个别缺球处用小吸笔补充；植球后进行再流焊接，温度设 225℃，热风量 2L/min，焊球面向上，防止焊球吹跑，焊接完成后用乙醇清理器件表面，尽快贴装使用，避免焊球氧化。

上海鉴龙作为 SMT 工艺设备与技术服务提供商，在 BGA 返修与植球工艺支持中，会根据客户的生产规模与器件类型优化方案：为中小批量客户推荐带分光视觉系统的桌面式返修设备，提供定制化温度曲线参数；为大批量客户设计联动式返修生产线，实现拆卸、清理、植球、焊接的自动化衔接，同时提供 24 小时技术咨询，协助解决返修中的工艺难题，确保客户生产流程稳定高效。