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BGA芯片焊接方法解析
发布时间:2025-06-10 15:02:01
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在智能手机、高性能电脑乃至航天设备的内部,那些承载着核心运算能力的芯片底部,常常布满了密密麻麻如微小球阵般的焊点——这就是BGA(球栅阵列封装)芯片的标志。它突破了传统引脚封装的物理限制,允许在微小面积上集成海量连接点,满足现代芯片高性能、小型化的需求。然而,这种高密度封装的特性,也使其焊接过程成为一项极其精密且充满挑战的“隐形艺术”,高度依赖自动化设备与严谨工艺控制。


BGA焊接的核心挑战在于其“不可见性”。与传统带引脚的芯片不同,BGA芯片的焊点完全隐藏在芯片本体下方,形成焊球阵列。这要求焊接过程必须一次成功,无法像通孔元件那样进行手工补焊或目视检查焊点质量。因此,回流焊接(Reflow Soldering)成为BGA焊接的绝对主流方法。整个过程始于精密的锡膏印刷——通过激光切割的钢网模板,将粘稠的锡膏(包含微小焊锡颗粒和助焊剂的混合物)精准地漏印到电路板(PCB)上对应的焊盘位置。接着,由高精度贴片机(Pick-and-Place Machine) 拾取BGA芯片,依靠光学识别系统进行亚微米级的精确定位,将其稳稳放置在已印刷好锡膏的PCB焊盘上。此时,锡膏成为连接芯片焊球与PCB焊盘的唯一桥梁。


随后,承载着贴装好BGA芯片和其他元件的PCB进入回流焊炉,经历一场精确控制的“热力之旅”。炉内被划分为多个温区(预热、保温/均热、回流、冷却),依据所用锡膏的特定温度曲线(Temperature Profile) 进行精确加热。在预热区,板子及元件被缓慢加热,避免热冲击;保温区使整个组件温度均匀,并激活助焊剂清除焊盘和焊球表面的氧化物;到达关键的回流区(峰值温度通常高于锡膏熔点20-30°C),锡膏完全熔化,表面张力作用使熔融的焊锡在BGA芯片的焊球与PCB焊盘之间形成圆润、可靠的冶金结合(焊点),这一过程对时间(通常几十秒)和温度的精准控制堪称生死攸关;最后在冷却区,焊点逐渐凝固定型,形成稳固的电气和机械连接。整个曲线必须完美匹配锡膏特性、PCB板材和元件的热容,任何偏差都可能导致虚焊、短路(锡珠飞溅)、芯片热损伤或PCB变形。


由于焊接结果无法直接目视,严格的质量检测是确保BGA可靠性的最后防线。自动光学检查(AOI) 可检查芯片是否偏移、锡膏印刷和回流后的外观异常。而透视芯片下方焊点的“火眼金睛”则是X射线检测系统(AXI),它能生成焊点的内部影像,清晰显示焊球熔化形态、桥连、空洞、冷焊(润湿不良)等致命缺陷。对于功能复杂的板卡,边界扫描测试(JTAG) 等电气测试方法也会被用来验证BGA芯片的电气连接性和基本功能。当检测到焊接不良时,则需要动用专用的BGA返修台。返修台集成了精密局部加热(上下热风喷嘴精准控温)、底部预热、真空拾取芯片等功能,能在不损伤周边元件和PCB的情况下,将失效的BGA芯片安全取下,清理焊盘,重新植球(如有必要),再次涂覆焊锡(锡膏或助焊膏),并精准贴装新的芯片进行局部回流焊接,其技术难度不亚于初次焊接。


可以说,BGA芯片的焊接是现代电子制造中精度要求最高的环节之一。从锡膏的精准沉积、芯片的微米级贴装,到炉温曲线的毫厘把控,再到X射线的“深度透视”,每一个步骤都是科技与工艺的完美融合,确保了那些隐藏在芯片下方成千上万个微小焊点的完美形成,从而支撑起我们手中强大而可靠的电子设备。

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