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随着电子产品向着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展，对电子组装技术提出了更高的要求，新的高密度组装技术不断孕育而出，其中球栅阵列封装(ball grid array 简称BGA)就是一项己经进入实用化阶段的高密度组装技术。
早在80年代，人们对电子电路小型化和I/O引线数提出了更高的要求。虽然SMT使电路组装具有轻、薄、短、小的特点，对于具有大量引线数的精细间距元器件的引线间距以及引线的共平面度也提出了更为严格的要求，但是由于受到加工精度、可生产性、成本和组装工艺的制约，一般认为矩型扁平封装(quad flat packs 简称QFP)器件间距的极限为0.3mm，这就大大限制了高密度组装的发展。另外，由于精细间距QFP器件对组装工艺要求很严格，使其应用受到了限制，为此一些公司就把注意力放在了开发和应用比QFP器件性能更为优越的BGA器件上。
1、BGA器件的引入
精细间距器件的局限性在于细引线易弯曲、质脆而易断，对于引线间的共平面度和贴装精度的要求都很高。BGA技术采用的是一种全新的设计思维方式，它采用将圆型或者柱状点隐藏在封装下面的结构形式，引线间距大、引线长度短。这样，BGA封装就消除了精细间距器件中由于引线问题而引发的共平面度和翘曲的问题。
BGA和QFP器件相比较的最大优点是I/O引线间距大，己注册的BGA引线间距有1.0、1.27、1.5mm ，可取代0.4~0.5mm的精细间距器件。图1为球栅阵列器件的示意图。
由于BGA器件相对而言其间距较大，它们在回流焊接过程中具有自动排列定位的能力，所以比类似的其它元器件，例如QFP，操作便捷，在组装时具有高可靠性。据国外一些印刷电路板制造技术资料介绍，BGA器件在使用常规的SMT工艺规程和设备进行组装生产时，能够始终如一地实现缺陷率小于20PPM，而与之相对应的器件，例如QFP，在组装过程中所形成的产品缺陷率至少要超过其10倍。
从某种意义上来说BGA器件的出现是必然的。印刷电路板(printed circuit boards 简称PCB)装配厂商需要大量的坚固耐用的封装器件，这些元器件具有不断增强的功能，它们被安置非常拥挤的PCB上面，这些器件具有大量的I/O引脚数量。由于降低了引脚之间的间距，使得PCB组件的装配工作显得非常的复杂。主要涉及到引脚的易碎性和在实施大规模的装配工艺操作的时候，很难保持具有良好的共面性和引线的相互直线性。BGA封装器件其固有的特点是用焊料合金取代了易碎的引脚，从而可以确保具有良好的机械、电气，以及具有良好热耗散的互连。因此，BGA器件作为一种封装形式涌现出来，具有潜在的可以改善制造时产量的功能。
不断增加的引脚数量要求和不断缩小的PCB实际尺寸诘贾翨GA器件的应用领域不断开拓。引线间距在1.27mm到1.52mm的BGA器件，与相同大小的引脚间距尺寸在0.38mm到0.30mm的超微细间距器件相比较，对SMT生产工艺的要求不是那么的严格。另外因为微细间距元器件容易引发现代高质量贴装设备的有关技术问题，以及由于印刷工艺处理和对这些易碎的元器件进行操作所引发的其它一些问题，结果导致许多制造厂商更加亲睐于拥有很多引脚数量的BGA封装器件。BGA元器件拥有相对宽松的引脚间距，这使得实施有关的印刷工艺显得相对容易些，与此同时它们也可以拥有相对较粗的“引脚”，这样就降低了有关因触摸和焊接所产生的问题。但是BGA技术的出现也给制造业带来了压力，迫使人们要用一种新的眼光来重新审视装配工艺方法。
现代化的返修设备已经被证明能有效地对付标准的、有引脚的表面贴装元器件。随着BGA器件的引入，返修技术必须被改进，这一现象己经引起返修设备制造厂商的高度关注，相关的要求必须重新确认以确保达到可靠的、可重复实施的效果。这涉及到BGA和CSP的装配问题，例如贴装、校直、元器件重新使用和检测也要求予以足够的重视。本文将关注于工艺过程的控制，以及热分布曲线的确立。当人们对付先进的BGA封装器件的时候，微细间距、小尺寸和隐藏的焊料连接时是引发返修问题的关键因素。
2. 返修过程中的工艺过程控制
当考虑印刷电路板的原始加工生产时，工艺过程控制是一项重要的问题。绝大多数的返修设备制造厂商通过数年来的返修设备生产实践，已经积累了许多相似的工艺过程控制参数。然而，标准的通孔元器件具有较为宽容的几何尺寸特性，所采用的表面贴装技术允许返修操作人员使用一般性的技术和设备，可以不考虑非常精确的元器件尺寸控制以达到可预期的结果。
标准的表面贴装元器件（SMD）可以让人们直接接触到焊接点，所以可以很方便地进行检测，快速地发现桥接或者说焊料不足的现象。与这些焊点进行直接的、加热接触，通常情况下不需要使用预加热，控制温度的升温斜率或者降温周期。目前，当对BGA器件和CSP器件进行返修操作的时候，工艺过程控制必须作为一项不可避免的新工作来认真对待。
绝大多数适用于格栅阵列封装的返修设备，利用了加热气体来对焊料球来进行回流操作。对热气体设备的温度控制、空气的流动速度和循环时间必须做到非常的精确，所采用的气体必须能够直接作用到元器件的机体上面。特殊的管嘴通常被设计成与每种元器件相适合。
人们现在现用一种微型的BGA管嘴设计，它可以提供元器件校直和防护来自于相邻元器件的高温影响。许多种类似的特点数年前就已经被用在了对常规SMT元器件进行操作的返修设备中了。现如今，各种工艺过程控制方法必须依附于已经建立起来的完整的加热温度曲线，以满足先进元器件的返修操作。
3. 加热温度曲线的重要意义
然而从理论上来讲简洁明了的热分布曲线，在现代返修技术中是一项关键的因素。它的实现是通过在电子线路板装配的时候，利用安置在其关键位置上的热电偶，收集测得的有关温度和时间的相互关系而获得的。通过对这些数据进行分析和研究可以实施精细地调节，可以对建立起来的加工工艺程序进行验证，确认对特定的电路板或者应用来说，所采用的热分布曲线是否合适。
返修工艺操作与原先的生产加工工艺非常的相似，对于整个电路板来说可能需要进行预热，但是也存在着明显的不同，因为仅对一个特定的区域需要加热到回流焊接的温度，而非整个电路板。
尽管常规的SMD器件与它们的通孔器件前辈相比较，对热量显得颇为敏感，但是随着BGA器件和CSP器件的引入，在返修操作过程中所面临的挑战更为严峻。在每个焊接点上要分别关注于电气和机械连接。为了能够获得合适的热分布曲线，要求对最中心的连接处和边缘连接处进行监测。尽管对于敏感器件来说，对内部管芯的温度进行监测被证明是非常有用的，一个可以复现生产过程的良好的加热温度分布曲线将能够有效的保护内部管芯不受伤害。
加热温度分布曲线的确立一般受制于层压板和电路板的设计、焊剂的使用（是采用焊锡膏还是选择外部施加焊剂），以及所采用的焊料中合金成份的组成比例。
人们往往在先前的生产工艺过程中，对回流焊接加热曲线的每一个区段都予以了认真仔细的控制，每一块电路板的设计都有着它自己特定的加热分布曲线。为了能够确保可重复性和工艺控制的效果，在进行返修工艺操作的时候，同样也需要进行予以相同的关心和注意。
实施回流焊接加热曲线操作有着四个基本的部分，它们分别是预热、温度提升和焊剂活化、回流焊接和降温阶段。第五个部分通常考虑为温升斜率（预热温升斜率和回流焊接温升斜率）。控制温升斜率无论对预热阶段还是回流焊接阶段来说都是一个基础部分。
预热对于满足BGA器件的加热分布曲线来说，是一个最为关键的部分。如果说预热工作没有很好施行的话，在回流焊接阶段对于很难接近的焊料连接来说，可能会引发不能均匀加热的后果。在预热阶段，通过按照焊剂制造厂商所提供的焊剂活化温度标准（一般为80OC - 120OC）对元器件进行加热，可以降低在执行温度加热曲线时所形成的温度梯度。
在加热阶段，温度保持相对的稳定持续，小于实施回流焊接时的温度周期。这种加热时间可以确保在活化焊剂的时候，使所有经过电路板的温度梯度为最小，有效地提升去除氧化物的能力。
操作人员必须认真仔细地实施操作，加热阶段不可太长，否则焊膏将会迅速地发生氧化现象。另外，在加热作用下会驱除焊膏中的挥发物质，这样就可以防止在回流焊接期间挥发物质发生起泡沸腾现象，从而弄脏电路板，以及在焊接点位置留下气泡现象。
在回流阶段将会导致焊接点上的合金开始熔化，这样就允许将元器件卸除掉或者形成新的焊接点（在安装工艺实施阶段）。必须有效地控制峰值温度，因为短暂的超过规定的温度值会对热量敏感的元器件造成伤害。实施回流的时间也必须进行有效的控制，允许焊料浸润，从而形成可靠的焊接点。在实施返修工艺过程中，只有需要返修的元器件才要进行完整的回流操作，所以所采用的气流速度和防护措施对于相邻元器件来说是非常重要的。
在降温阶段所关注的时间主要是为了能够控制好焊接点的固化。它可以防止电路板和元器件因在降温期间温度变化的太快所造成的伤害，与此同时，可以降低金属间化合物结构过度形成的后果，因为如果焊接点保留的高温时间太长的话，这一现象就可能会产生。
有关的数据必须被采集，从而可以建立起准确的返修工艺曲线，以满足每个区域的热曲线需要。温度、流量和循环周期应该不断的予以调整，直到该曲线能够满足在该应用场合中所用的焊膏和焊剂所特定的规定需求。
4. 绘制工艺曲线的技术
为了能够确保建立起有效的返修工艺曲线，一块实际的电路板必须附着上热电偶。为了能够达到更佳和最准确的技术，往往需要牺牲掉一块电路板。
为了能够准确地绘制出BGA或者CSP器件的加热曲线，其最佳技术是在电路板的底部钻一个通孔，然后在靠近焊球阵列中心的焊盘位置处，粘接上热电偶。如果说所有的热电偶都采用这种方式进行粘接的话，它将能防止热电偶的线妨碍热气流通道，分散热量分布，从而记录下错误的测试数据。
为了避免牺牲掉一块电路板，精细结构的热电偶能够被放置在球珊阵列封装器件的下面。但是采用该项技术可能会产生一系列的问题，它会引起不可靠的结果：许多BGA器件和CSP器件没有足够的空间来让导线通过;无法肯定热电偶和焊球之间建立起了热连接;脆弱的热电偶连线可能会受到损伤，从而产生出错误的数据。对于验证未来的返修工艺加热曲线这项技术可能是有用的，但是它必须首先参照来自于己经进行完全测试的电路板上所获取的加热曲线参数。
绝大多数生产中加热曲线的监视系统拥有至少六个同时进行的热电偶数据输出，并将这些数据存贮下来，提供在屏幕上的加热参数图表。为了能够建立起返修加热曲线，可以接受的系统一般将采用一个或者两个热电偶作为监视点。一旦令人满意的加热曲线建立起来的话，针对每个加热区域的合适温度、流量和时间参数可以被存贮在返修系统之中。
随着元器件技术的不断发展，在回流焊接工艺实施期间，可以利用有效的技术来满足粘接热电偶的要求，从而可以对关键点的温度进行监控。这项工艺技术不是一项很精密的科学技术，可能需要进行一系列令人乏味的试验，以及出错。无论采用哪一种方法，热电偶的连接点是非常重要的，它与所监测的位置处的热量直接相接触。另外，热电偶装配材料的引入必须最小化，不要引发任何形式的热量散发，或者在对流工艺操作期间引发气流流动的障碍。
如果说将热电偶连接到监视位置处数量非常少的话，高温焊料是一种非常有效的方法。这种焊料，通常情况下面具有高的铅含量，熔化温度在280℃-300℃，导热情况非常好，可以建立坚固、可靠的物理连接。然而，需要一些添加的技巧，这些合金需要合适的进行焊接，不能对焊接点造成污染，或者说危及到元器件或者基板。过多的焊料将会增加该区域的热质量，于是会降低数据测量的准确性。
利用粘接剂来连接热电偶有着好多种方法。快干的粘接胶是很方便的，但是不能广泛地应用在波峰焊接的应用场合中，它不能够承受高温环境。高温、两元环氧化物能够承受完整的回流焊接，它们很容易被用作将热电偶粘接在无法实施焊接的表面上面。这些环氧树脂的一部分需要化费数小时进行固化，当在电路板上去除它们的时候，常常会对电路板起到破坏作用。
使用高温粘接带是一种非常普遍的方法，它们很容易与任何一种表面相粘接。然而，在热电偶连接点与使用粘接带的焊接点之间很难维护牢靠的热接触。当对付常规的SMD器件的时候，粘接带能够接受，但是根本无法用于BGA和CSP类型的封装器件。
结果，当实施阵列器件的返修工作的时候，应确保可重复的工艺控制，为此，精确的加热曲线必须被建立起来。习惯上，对于返修应用来说，电路板测试和数据分析是十分令人乏味的。当考虑新的元器件技术的时候，牺牲掉一块电路板来建立起一根良好的加热曲线，将会涉及到时间和成本问题。
5、结束语
采用先进的封装例如球栅阵列（ball grid arrays 简称BGAs）、芯片规模封装（chip scale packages 简称CSPs）和倒装芯片将在未来的数年内在电子工业领域占据主导地位。
CSP器件例如微型的BGA器件（比管芯的周边大1.2倍的封装器件）预计在未来数年内将会在电路板设计中占主导地位，电子装配业将继续朝着提高更加强大的功能，与此同时尺寸更小、速度更快的封装方向发展。返修技术必须能够适应这种新的变化要求，与新技术的发展保持同步。 |
