BGA组装详细解析

今天，您将了解球栅阵列组装作为 PCB 组装中流行的 SMT。我将带你了解它的定义、背景、优点、缺点、分类和组装过程。我们还将了解如何测试 BGA PCB。您还将学习如何选择 BGA 组装机和 BGA 组装技术的主要应用。

• 第一章：什么是球栅阵列？

• 第 2 章：球栅阵列的优点。

• 第 3 章：BGA 的缺点

• 第 4 章：BGA 的类型

• 第 5 章：BGA 组装过程如何工作？

• 第 6 章：准备焊接过程

• 第 7 章：BGA 组装能力

• 第 8 章：我们如何测试 BGA 组装板？

• 第9章：如何选择BGA组装机

• 第 10 章：BGA 组装技术的应用

第一章：什么是球栅阵列？

球栅阵列是一种表面贴装类型的封装。它用于集成电路中以永久安装微处理器等设备。

1.1. 背景

BGA 可以追溯到 1989 年，当时摩托罗拉和西铁城开发了一种塑料 BGA。后来，它们被用来包装珠宝和其他一些电子设备，如收音机和手机等。BGA 与许多新技术一样面临一些挑战，但随着时间的推移，已经找到了应对这些挑战的解决方案。这些挑战的答案的发现促进了 BGA 封装的可靠性，因为现在可以保证高质量的检查。

第 2 章：球栅阵列的优点。

使用球栅阵列有什么好处？与任何其他PCB 组装封装一样，BGA 也有其优点和缺点。当你选择BGA时，你必须考虑到它的优点和缺点。以下是我们可以选择使用 BGA 组装技术开发器件的一些关键原因。

高密度

因为在球栅阵列组件中使用了更多的焊球，所以焊球之间的连接会增加，从而产生更高的连接密度。使用了许多焊球，这反过来又减少了电路板上的空间。这使 BGA 具有出色的导热能力；因此，通过 BGA 可以创建更好的设备质量。BGA封装的高密度特性使其可用于组装需要具有高速性能的器件。

易于组装和管理

在电路板上组装和管理 BGA 比其他 PCB 组装技术更容易。这是因为焊球直接用于将封装焊接到电路板上。我们只需放置焊球并同时使用焊头将其熔化。在几秒钟的时间内，创建了一个关节。

焊球自行对齐

当我们焊接时，焊球在焊接过程中会自行对齐。由于印刷电路板上的空间利用率很高，焊球在电路板下方对齐。当我们从对面看印刷电路板时，我们可以更好地观察它。使用 BGA，可以利用整个电路板。由于板上的通孔排成一列，所有的球都会显得对齐。较低的热阻，除此之外，BGA 封装和电路板具有较低的热阻。这允许散热，有助于防止设备过热。BGA 过热不好，因为它有时会损坏焊球以外的其他电路板组件。BGA 较低的热阻质量有助于最大限度地减少这种特殊损坏。

更好的导电性

由于管芯和电路板之间的路径更短，BGA 具有更好的导电性。焊接球时，不会留下通孔。这意味着焊球和其他元件占据了整个电路板。因此，空置空间减少。

第 3 章：BGA 的缺点

球栅阵列组装与任何其他组装技术一样也有其缺点。下面解释使用 BGA 的缺点。

· 负面反应

当 BGA PCB 弯曲时，它会受到电路板的一些负面响应。这些负面反应有时被称为压力。当接头处有应力时，它们可能会产生一些裂缝，这可能会损坏电路板上的某些组件。因此，如果我们希望获得良好的效果，就需要非常小心地尽可能准确地焊接球。为了减少这种压力，焊接开始时要松散地连接焊球，直到检查确认接头质量良好。

检查难度

使用 BGA 的挑战之一是难以检查 BGA 封装。这是因为焊球彼此非常靠近。当它们彼此靠近时，很难对 BGA 封装进行适当的联合检查。正因为如此，不容易识别组装的设备是否有一些挫折。如果不使用像 X 光机这样的先进机器，检查是很困难的。

BGA成本贵

BGA封装设备成本高。例如，用于检查 BGA 封装的 X 射线机非常昂贵。尽管事实证明非常困难且不可靠，但可以使用手工焊接。如果我们选择使用 BGA 封装安装印刷电路板，那么我们必须准备好承担成本。它要求您使用带有恒温器的烙铁，这也非常昂贵。因此，对于更好、更精细和高质量的设备，制造成本会更高。因此，通常 BGA 组装对于制造商来说是昂贵的；即使通过它封装的设备具有更好的性能。

BGA 连接有时可能不可靠

因为焊球不会弯曲，所以当有振动时，焊点会在焊点之间产生裂纹。出于这个原因，您应该首先松散地固定球，然后在焊接的最后阶段使它们变得牢固和坚固。除此之外，由于检查的复杂性，BGA 连接可能被认为是不可靠的。但是，目前有各种机器可以彻底检查板上的故障（如果有的话）。

第 4 章：BGA 的类型

有不同类型的 BGA。这些差异来自 BGA 组装封装的开发方式。以下是一些常用的 BGA 组件类型。

4.1模塑阵列工艺球栅阵列

使用BGA时，焊球用于在电路板表面安装电气网络。这允许在它们被模制在一起的电路板上对齐焊球。这些焊球一旦放置，然后通过锯切分离。MAPBGA 使焊球在安装完成后看起来对齐。当您从电路板的另一侧查看时，可以获得更好的视图。它使用焊球进行电气连接。请记住，焊点是在封装下方形成的。建议使用X 射线机或光学放大镜进行检查。这将有助于发现包装上是否有任何短路。

当使用模制阵列工艺 BGA 时，已经发现了一些缺点。例如，一些焊膏和焊球可能会熔化但无法接合。在 BGA 中发现的另一个缺陷是焊膏和焊球在回流过程中因焊膏印刷不良而合并，不建议维修BGA，因为它可能会导致板上其他组件的损坏。相反，我们可以进行返工。在这里，整个设备被移除，然后被一个新设备替换。

BGA 的良好返工包括六个阶段，以便我们获得良好的接头。这些阶段包括准备工具、移除整个封装、修复现场、焊膏印刷、重新安装封装和回流焊接。

4.2. 塑料球栅阵列

这是用于构建模块的标准化印刷卡或电路板。它的表面很薄。它大约 > than0.03 英寸。使用导线连接芯片和进行焊接的表面。即使如此，倒装芯片的六面骰子仍然可以直接连接到PBGA。它可以是 2 层或 4 层基板。它通常使用铜基板层压

4.3. 带状球栅阵列

与旧的 BGA 不同，TBGA 易于弯曲，重量更轻，并为电气制造商提供更好的内容。带状球栅阵列 PCB 不会形成断裂，因为它们不会产生应力。它们很灵活，很容易弯曲。由于这个特性，组装更轻设备的电气设备制造商更喜欢它。

4.4. 封装到封装 BGA

在这里，相关的链接被模制在电路板上。然后将分离的逻辑与球栅阵列垂直模制在一起。可以将多个封装相互安装并使用标准化表面分开，以指示封装之间的信号。集成电路用于将垂直分立逻辑和存储器 BGA 封装放在一起。例如，数码相机、手机和个人数字助理使用Package on Package BGA 组装技术进行封装。BGA 仅以两种配置广泛使用。这些包括：

纯内存堆叠，其中只有两个或多个打包的内存连接在一起，混合逻辑封装，其中内存封装位于顶部，CPU 逻辑位于底部。封装对封装的好处是它具有传统封装和芯片堆叠技术的优点。这有助于减少包到包的缺点。封装到封装技术可用于具有较短电气连接的较小封装。大多数先进的半导体工程公司更喜欢使用封装到封装技术。

4.5. 热增强塑料球栅阵列

这种类型的 BGA 有一个内置的散热器，这对于具有高散热的设备非常关键。例如，电视、汽车和其他工业电子产品。这种热增强塑料球栅阵列有助于调节热量，使焊球不会过热。过热会导致接头干燥、接头开裂并损坏电路板上的其他组件。

4.6. 微型 BGA

这也是球栅阵列封装的一种。它主要由焊球之间的 0.04 毫米尺寸组成。有时球之间的测量值小于 0.04 毫米。由于球的这种更紧密的封装，整个封装被最小化。彼此靠近放置的微型 BGA 封装提高了电路板的使用效率。

第 5 章：BGA 组装过程如何工作？

BGA 组装过程也可以称为热分析。热分布在 PCB 组装过程中非常关键。通过考虑 BGA 尺寸和 BGA 球可以实现有效的热分布。这些可以是含铅的或无铅的。当热分布在内部优化到局部水平时，可以防止 BGA 内部加热。这减少了接头应力和潜在的 PCB 组装故障。当遵循质量管理程序时，任何空隙率都保持在 25% 以下。对于无铅 BGA，可以使用特殊的无铅热曲线来减少低温时出现的开球问题。另一方面，含铅 BGA 也经过特殊的含铅工艺，可防止高温。高温导致引脚变得比预期的短。目前，电子产品的发展正在远离那些更重、更厚和不那么先进的电子产品。它们变得更轻、更薄、性能更先进。过去，制造商面临着诸如保证可靠性、质量和设备检查方法等挑战。在找到这些挑战的解决方案之前，这些挑战损害了 BGA 组装封装的质量。因此，所有制造商都想知道这些对成功制造所有设备至关重要的解决方案。

BGA的组装包括：

老实说，BGA 组装需要很高的精度。这是因为一旦安装，它们就会成为永久性的并且只能返工。因此，让我带您了解 BGA 组装过程。BGA 组装是通过 BGA 返修和 BGA re-balling 完成的。让我们以更详细的方式分别查看它们。

5.1BGA返修

除非您能够使用正确的设备，否则返工 BGA 并不是一件容易的事。当在 BGA 中发现问题时，需要返工。在 BGA 返修期间使用以下程序：以对 BGA 进行加热以熔化下面的焊料。您应该确保在加热 BGA 时，板上的其他组件几乎没有影响或没有影响。如果它们被加热，它们可能会被破坏。在开始重新组装 BGA 之前，您必须首先移除所有元素。确保网站已为新工作做好准备，清理场地后，将焊膏涂抹在要焊接新球的电路板表面上。更换所有旧的 BGA 并使用新的 BGA。您必须拥有返工所需的所有工具。这些包括电路板、烙铁、手帮器、剪线钳、薄嘴钳和吸锡器。为了成功完成返工，所有这些工具都必须可用。这些工具包括：

5.2. 焊接中使用的工具

为了完成焊接，必须使用特定的工具才能获得所需的接头。出于这个原因，我们在焊接过程中使用了不同的工具。其中包括：

烙铁

它们以不同的尺寸和不同的规格存在。他们的成本也不同。所以你可以选择你买得起的那一款。烙铁的选择也会受到您想要做的工作类型的影响。另一个因素是你打算做的工作的表面和规模。例如，对于精细和更小的设备，您可以选择使用更小的烙铁。有些烙铁有一个内置的温度控制器，而有些则没有这个组件。对于那些没有温度控制器的，当焊点暴露在空气中时会产生冷却效果。另一方面，具有内置温度控制器的烙铁具有控制温度的恒温器。

烙铁规格

由于市面上的烙铁种类繁多，选择一种变得困难。有些成本高，而另一些成本较低。有的很大，有的很小。但是，您必须选择一个来使用。一个好的烙铁具有刻在其中的特定特征。以下是其中的一些功能：

a) 尺寸

选择相关尺寸的熨斗取决于您打算使用的设备和电路板表面的性质。例如，精细的工作只允许使用较小的熨斗。另一方面，可以使用大烙铁来完成不太精密的设备。

b) 使用权力

在 40 瓦时，非温控熨斗能够产生良好的接头。这可以用于重型设备。对于小的精细工作，15 到 25 之间的瓦也可以产生良好的接合。

c) 电压

英国和美国分别生产 230 VAC 和 115 VAC 的烙铁。但是，有些熨斗可以使用低至 12 V 的电压。

d)温度控制

就像我们之前看到的那样，较便宜的熨斗没有内置的温度控制能力。昂贵的熨斗具有内置恒温器，可根据用户的设置调节热量。您可以将其设置为您想要的热量水平。

e)防静电保护

静电会在焊接过程中破坏某些组件。因此，了解您购买的熨斗是否具有防静电保护至关重要。

f) 立场

焊接时，你应该有一个支架。这个支架应该得到很好的保护。

g) 维护

购买有备件的烙铁非常重要，以便将来可以修复烙铁。烙铁头需要定期更换，因为它不会持续很长时间，尽管烙铁本身可能会使用很多年。即使对于昂贵的烙铁，一旦提示更换，确保获得备件也很重要。

剪线钳

可以根据将要使用的位置来选择剪线钳。较小的剪线钳主要用于更精细的 PCB 工作。相反，较大的刀具用于一般工作。在大型一般工作中用于切割电线时，小型剪线钳会损坏。与此相反，较大的切割机不会为印刷电路板进行整齐的切割。

钢丝钳

因此，建议在小型和精细的工作中使用小型线切割机，而在大型一般工作中使用大型线切割机。如果遵循这一点，则可以制造出高质量的器件，并长期管理焊接 BGA 工具的维护。

钳

较小的薄鼻钳用于在一般电路板上工作。如果您有繁重的工作，建议您使用较大的细尖钳。

钳钳

这促进了质量和整洁的工作。不要将小钳子用于重型工作或副 vasa，因为这会影响设备的质量。

剥线钳

剥线可以使用剪线钳完成，尽管剥线钳专门用于这项工作。

有时，您可以使用剪线钳，因为剥线钳价格昂贵。尽管它们的购买成本很高，但它们使工作变得更加容易。使用剥线器剥线比使用剪线钳容易得多。

吸锡器

该工具用于从接头上去除有缺陷的焊料，以便进行返工。当您想要进行返工时，在特定时间非常关键的工具之一是吸锡器。

吸锡器

它有助于整齐、准确地拉出所有有缺陷的焊球，以准备进行返工。如果没有这个吸锡器，一旦安装好焊球，就很难将其取下。

5.3. 焊接工作区

如果您打算进行返工，这是一个需要考虑的关键因素。进行焊接的部位必须有充足的光线。这是为了让用户清楚地看到焊点和元件。此外，应该有适当的通风。高通风允许焊料中的烟雾排出房间。需要使用相对较小的风扇来清除工作区域的油烟。不要在黑暗、通风较差的地方和年幼的儿童附近工作。

第 6 章：准备焊接过程

当您准备好进行焊接时，您必须先做一些准备工作才能开始。在开始焊接过程之前，清洁现场和焊接组件是至关重要的。确保表面清洁非常重要。使用溶剂擦拭印刷电路板，以去除电路板表面可能存在的任何污染物。同时，您应该避免触摸板的表面，因为这会污染它。污染会影响接头的质量。其次，使用钳子去除电路板表面的任何氧化。如果没有去除氧化，焊点可能不够好。使连接器的表面粗糙。它有助于清洁。所有 BGA 组件的清洁度是必不可少的，因为它可以确保正确的接头形成。最后，通过在含有溶剂的湿海绵上擦拭焊接工具（如焊接钻头）来清洁它们。

6.1制作焊点

通过经常练习焊接，更容易成功地制作焊点。当您了解该过程时，您可以确保所有必需的组件都位于可访问的位置。也就是说，您可以在焊接过程中轻松接触到它们的地方。确保将组件放置在无污染的地方。这是获得高质量关节的唯一途径。

在开始焊接之前，将引线组件放置在印刷电路板上的通孔中。首先松散地固定焊球。这将确保您有足够的时间在您发现有故障并想要删除时有足够的时间。当它们固定牢固时，将很难移除没有正确固定的那些。因此，建议在初始阶段进行松动固定。牢固的固定会导致在去除有缺陷的部件时损坏PCB表面上的其他部件。下一步是在焊头上取焊料并用湿海绵擦拭。焊接时烙铁很热，很容易变脏。

定期擦拭烙铁是至关重要的。将带有焊料的钻头放在接头上，并将足够的焊料熔化到接头上。如果您未能将足够的焊料熔化到接头上，则接头将不够好。焊接大约需要几秒钟。焊球的过度熔化也会产生坚韧而干燥的接头，这也是不好的。当烙铁在接头上放置较长时间时，可能会发生这种情况。制作接头后，取下焊头，等待接头冷却。这样，您将能够在印刷电路板上制作多个焊点。

6.2. 焊接黄金法则

应该考虑焊接黄金法则。进行焊接时，您必须遵守一些特定的规则。这些规则非常重要，因为它们可以确保您作为个人的安全，也可以保证高质量的关节。您需要考虑各种因素才能达到预期的效果。举个例子；烙铁很烫。烙铁时始终使用支架。在焊接过程中，请注意不要用烙铁烫伤您周围的人。建议您避免在现场附近有幼儿时进行焊接。烙铁的清洁度非常重要。当熨斗很热时，它很容易被污染。同时使用焊料和烙铁对于获得更好的接头非常关键。将焊料放在钻头上并将其带到接头处不会产生良好的接头。因此，建议同时使用钻头和焊料。

使用过多的焊料会损害接头的质量。只需在接头处熔化足够的焊料即可。请记住，任何施加更多焊料的诱惑都会导致不良的接头形成。将熨斗放在一个特定的位置会导致关节僵硬和干燥。一旦形成接头，将熨斗从接头上拆下，以便让接头冷却。最后但并非最不重要的一点是，对于任何对焊接电子设备感兴趣的人来说，掌握如何焊接的技能都非常重要。确保每次都创建良好的关节。这是确保您的电路有效工作的可靠方法。此外，你的关节看起来会很好。遵循这些规则可以提高 BGA 组装器件的可靠性。

6.3. 烙铁的种类

烙铁主要有两大类。它们如下图所示：这种熨斗没有温度控制器。它依靠空气来控制温度。焊接接头暴露在空气中有助于焊接过程中接头的冷却。而且，这种铁很便宜，可以用来焊接各种设备。

温控熨斗

这种类型有一个内置的温度控制器。它使用恒温器来控制钻头温度。您可以将热量调节到所需的水平。它产生了良好的关节。但是，与基本的相比，它非常昂贵。

6.4. BGA 重新植球

BGA 重新焊球是去除旧焊球，然后更换新焊球的过程。重新打球的原因有很多。以下可能是重新打球的原因：如果设备意外从 PCB 上拉下，则必须将其放回电路板上。当器件以错误的合金焊接时，您可以进行重新焊球以更换焊球。重新打球的另一个原因是允许进行故障分析。重新打球的方法取决于：工作量包装类型合金被放置在板上。对于小包装，应使用体积小的工具。另一方面，当工作涉及重负荷时，更大的工具是相关的。因此，返工和重新焊球都需要所有基本的 BGA 组装过程。

第 7 章：BGA 组装能力

BGA的功能很多。这些是使其在其他包装技术中脱颖而出的一些功能。当焊球准确地焊接到通孔中而没有任何交叉时，就会形成高密度电路。球之间的空间减少了。因此，通过 BGA 组装的器件上的电路密度很高。

热传导

BGA 封装减少了过热。这是因为 BGA 允许热量从集成电路传递到外部。由于这种独特的特性，BGA 被评为可靠封装。此外，在使用 BGA 封装时，与电路干扰有关的问题也受到限制。这主要是因为焊球尺寸较小。结果，它具有低电感的特性。

BGA焊接

焊料是一种在接头周围熔化的材料，冷却后能够导热。焊接是电子设备制造中使用的关键工艺之一。它允许电子元件以电子方式连接在一起。焊接需要精确控制的焊料量，加热时会熔化。您应该选择焊料合金成分和温度。这是促进焊球之间良好分离的唯一方法。当然，如果您想要正确的接头，选择合适的工具和配件很重要。此外，在焊接过程中，工作区域必须有足够的光线和适当的通风。

BGA返修

除非您能够使用正确的设备，否则返工 BGA 并不是一件容易的事。当在 BGA 中发现问题时，需要返工。在 BGA 返修期间使用以下程序：可以对 BGA 进行加热以熔化下面的焊料。您应该确保在加热 BGA 时，板上的其他组件几乎没有影响或没有影响，组件可能会被破坏。在开始重新组装 BGA 之前，您必须首先移除所有元素。确保站点已为新工作做好准备。清理场地后，将焊膏涂抹在要焊接新球的电路板表面上。更换所有旧的 BGA 并使用新的 BGA。执行回流过程。BGA 重新植球，这意味着旧的焊球被移除，而是使用新的焊球替换。

以下可能是重新打球的原因：当设备意外从 PCB 上拉下时，需要将其放回电路板上。此外，当器件以错误的合金焊接时，您可以进行重新焊球以更换焊球。重新打球的另一个原因是允许进行故障分析。重新打球的方法取决于要进行的工作量、封装类型和放置在板上的合金。

第 8 章：我们如何测试 BGA 组装板？

在任何 PCB 组装和设计工作之后，质量测试和评估都很重要。您可以使用各种机器来发现问题并及时修复。例如，我们有 X 光机、工业 CT 扫描机、特殊显微镜和内窥镜。使用这些检测机，与过量焊接、焊料盗窃、元件未对准、桥接和焊球缺失相关的问题都可以被识别出来。这是因为这些机器可以看穿焊球。请记住，检查设备有助于验证每个焊料是否正确放置。它还确保与电路板的每次接触都保持完好无损。尽管检查机很好，但也有一些挫折。例如，很难区分放置在同一位置的零件。当然，此例外适用于从对面查看电路板时。用于检查的工具有助于补充球放置的准确性。它还有助于确保设备的质量良好。

让我们看看一些最常见的检查技术：

BGA 组装 X 射线检测有时，焊膏可能会以错误的方式使用。此外，球可能会部分熔化。这些都是在组装过程中遇到的问题，可以通过X光检查机来识别。球之间的间隔可以通过使用 X 射线软件分析计算器进行的计算来确定。通常，此计算有助于在推荐的 IPC 范围内焊接焊球。最佳焊点检查该设备检查位置、存在极性和焊点。它在设备制造后评估设备的质量。在这种情况下，机器用于可视化已焊接的设备。

第9章：如何选择BGA组装机

选择合适的 BGA 组装机需要经验、手巧和个人才能。有一位经验丰富的操作员可以处理您的 BGA 返工，这一点很重要。BGA 组装机的选择对管理人员、规划人员、工程师和返工技术人员提出了挑战。在 BGA 技术刚刚创新的早期，使用了简单的工具，如脱焊工具和放大镜。此外，拆焊工具用于执行所有返工，而放大镜用于检查封装设备的质量。这些还不够好，制造的设备质量也不好。目前，建议使用 BGA 机器，而不是最初使用的简单返修台。此外，建议使用 X 射线机进行联合检查，而不是在发现之前使用的简单显微镜或放大镜。最初，使用上层汇编程序。但是，由于技术的发展，您需要的是熟练的操作员。除此之外，他/她必须具有良好的灵巧技能。此外，能够在焊点检查过程中操作X光机。此外，操作员应具备解释 X 射线图像的知识。因此，他可以识别在焊接过程中是否存在故障。首先，找能操作BGA机器的专家。然后您现在可以继续选择 BGA 组装机。他们通常利用以往的经验来确定在他们之前的组装中哪台BGA组装机产生了良好的效果。

第 10 章：BGA 组装技术的应用

BGA 组装技术在当今的许多应用中都很常见。如前所述，BGA 封装产生牢固的接头。当您使用 X 射线机检查 BGA 时，它们会产生良好的焊点效果。BGA技术的一些主要应用包括：计算机、电视、手机和许多其他电子产品中的集成电路。双直列式或平面电子系统，军用机载应用，汽车行业，消费类电子产品， 简而言之，球栅组件在许多电气和电子行业中发挥着重要作用。

结论

BGA组装封装在当今世界的技术发展中非常重要。

尽管它有一些缺点，但它对制造电子设备的行业的贡献已被证明是可靠、高效和高质量的。

因此随着技术的进步，BGA组装封装也有望继续进步。

这是因为大多数电气制造行业都对使用 BGA 组装技术感兴趣