一、無鉛焊接之BGA

（一）、無鉛BGA規(guī)格照舊

前文中曾說明，無鉛焊接之BGA基本設(shè)計(jì)仍可按現(xiàn)行有鉛之做法，PCB之焊墊最好採用NSMD方式以減少其應(yīng)力的累積。不過由于錫銀銅SAC的焊溫較高，更需認(rèn)真考慮原本怕熱BGA在PCB上較好的安放位置。通常各類較大板面的焊接中，板邊要比板中約高出5一l 5℃一般大型的B GA不但容易吸水，而且本身在高溫受到的熱應(yīng)力衝擊也很大。此等大件最好不要放在板邊，一旦因佈線困難而不得不將大號(hào)BGA座落在板邊時(shí)，則必須更加嚴(yán)格控制其焊接條件，以免造成傷害。

（二）、無鉛BGA更須重視操作及檢驗(yàn)

為了方便更順利調(diào)升溫度起見，Reflow機(jī)組的加熱段(Heating Zone)必須要比有鉛者更多才好。若可能的話最好改用熱氮?dú)膺M(jìn)行熔焊，對(duì)于OSP而言其良率將會(huì)更好。無鉛焊接為了減少BGA受損起見，凡當(dāng)進(jìn)行產(chǎn)品首件(First Artic1e)之試焊時(shí)，其Profi1er全面測(cè)熱器的感溫線(Thermocouple)，必須要安置BGA之封體腹底或附近，以瞭解該大件之受熱是否已超出溫限，通常本體受到的溫度要比球腳高出5℃。

為了更清楚瞭解無鉛球腳已焊牢之外觀與銲點(diǎn)起見，可採用特殊的側(cè)視顯微鏡，以檢視外圍SAC球腳的表面特徵，下圖即為其放大所見到的各球腳粗糙畫面。

圖1、左圖說明側(cè)視放大鏡所見到無鉛錫球焊后之外觀，中為球面氧化現(xiàn)象，右為呈現(xiàn)擾焊后應(yīng)力線突起情形。

（三）、過渡期間的因應(yīng)

至于BGA朝向全面無鉛之過渡期間（例如已售出大型機(jī)器的后續(xù)維修），其三成員中若首先只將錫膏換無鉛SAC者，通稱為“正向匹配”；若先另將球腳換成LF時(shí)，稱為“反向匹配”等兩種半套無鉛式焊接。下表即為因應(yīng)轉(zhuǎn)型期逐漸配合的途徑。但此二種權(quán)宜做法都難免會(huì)出現(xiàn)“鉛污染”的后患，進(jìn)而容易發(fā)生介面開裂的煩惱。

圖2、此圖說明有鉛、半無鉛與全無鉛于其三者溫時(shí)曲線方面的比較。

現(xiàn)以只換球而未換膏之半無鉛者為例，當(dāng)熔焊過程中膏已全熔而球尚未全熔之瞬間，于是有鉛膏中的鉛份會(huì)朝向無鉛球中擴(kuò)散，并集中在各品格的疆界(Grain Boundaries)處，造成整體銲點(diǎn)結(jié)構(gòu)性的不均質(zhì)與不穩(wěn)固，下圖即為此種現(xiàn)象之說明。

圖3、此圖說明無鉛球與有鉛膏共用下所形成的不良銲點(diǎn)，畫面中見到的黑色花紋者即為鉛份集中與雜質(zhì)混合而成的疆界，埋下了不安定容易開裂的源頭。另外淺色長條狀者是Ag3Sn的枝狀I(lǐng)MC，至于銅墊介面處者另為球狀之IMC之Cu6Sn5。

BGA無鉛焊接經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)兩大缺點(diǎn)；其一是因SAC球腳并未全熔，不但使其自我回正(Self-Alignment)的性能變差，并還隱藏著介面開裂的危機(jī)。其二是SAC球腳既未全熔，以致在球扁球垮(Ball Collapse)的情況不夠下，每每造成球腳與焊膏之間的開裂(Open)。

圖4、此圖由于老外切片手的技術(shù)欠佳與攝影效果不夠火候， 以致出現(xiàn)明顯分格的突兀畫面。此銲點(diǎn)是由無鉛球與有鉛膏所組成者，若就結(jié)構(gòu)強(qiáng)度看來似乎比上圖者要好一些

圖5、此三圖為編者所補(bǔ)充，說明電路板無鉛焊接強(qiáng)熱中，不但載板可能發(fā)生彎翹厚度較薄的PCB也會(huì)變形，使得無鉛銲點(diǎn)之可靠度更將讓人難以安心。

二、BGA/CSP組裝后之修理

一旦完成組裝的PCBA中發(fā)現(xiàn)有少數(shù)瑕疵時(shí)，當(dāng)然不能將昂貴的組裝板逕行報(bào)廢；而必須執(zhí)行必要的返工與換修。此時(shí)須將有問題的BGA／CSP之器件從PCB板面折解，另將品質(zhì)良奸的新件在原位重新焊接以便出貨。此等高難度的Repair或Rework當(dāng)然要用到精密的專業(yè)工具與熟稔的技術(shù)，才不致前功盡棄損失慘重。以下即為一般常見的修理方法：

（一）、加熱解焊壞件換裝新件

常見組裝板局部解焊的方式有：烙鐵(Soldering Iron)式的簡單熱傳導(dǎo)法 (Conduction)  ；與較複雜的熱風(fēng)(Hot Air)式對(duì)流法(Convection)兩類。前者是針對(duì)各種伸腳與插腳元件，或兩端有封頭的被動(dòng)元件，施工時(shí)應(yīng)選用適宜功率的烙鐵頭(Iron Tip)做為加熱與運(yùn)送銲錫的工具。小心將已解焊的舊件用特殊鉗子進(jìn)行移除，再將新件于原墊面小心焊上即可。

（二）、熱導(dǎo)與熱風(fēng)的有缺

（1）簡單零件的重工

熱傳導(dǎo)(Conduction)烙鐵方式工具簡單、成本便宜、容易學(xué)習(xí)、操作快速，常用于QFP、PLCC，或某些散裝(discrete)被動(dòng)元件的重工換件。此法缺點(diǎn)是對(duì)技術(shù)員的技巧依賴很深，太快加熱者也較容易引發(fā)元件或板材的燙傷。功率較高的烙鐵甚至?xí)斐砂迕婧笁|的浮離，宜選用可調(diào)整功率(Power或watt)與可自我調(diào)節(jié)的烙鐵頭(Tips)等專用設(shè)備，以方便對(duì)大小不同的墊面施工，例如：Metcal公司Sinait Heat就是不錯(cuò)的商品化工具。

（2）BGA/CSP的重工

至于面積性格列(Area  Array)球腳的BGA／CSP等則只能採用熱風(fēng)式(Convection)的加熱工具，進(jìn)行較複雜的修理工程。此等精密的專用設(shè)備都很貴，其熱風(fēng)流量與溫度亦可隨機(jī)調(diào)變，但須注意施工中不可傷害到附近的其他零組件。對(duì)于高價(jià)的BGA而言，重新焊裝新件時(shí)必須要使用全新的銲料，且原墊面上的舊錫亦需全數(shù)移除，以保証新銲點(diǎn)金屬細(xì)部品格的完美。

圖6、左為烙鐡加熱簡單返工法的工具，右為熱風(fēng)專機(jī)在板面解焊除殘鍚與重的實(shí)務(wù)工具圖。

圖7、左為扁平銅絲偏線在寬平烙鐵的熱源下，吸走BGA球墊殘馀銲料之實(shí)務(wù)圖;右圖為專業(yè)除鍚器，因銅編線吸除的手動(dòng)法對(duì)于小型CSP的銅墊傷害頗大， 此時(shí)可另採非接觸式的自動(dòng)除錫器，在熱空氣與眞空抽吸下可使墊面達(dá)到清潔的效果，而且還不致過熱而傷及銅墊的安全。

此時(shí)可採細(xì)銅絲製作之專用空心編線或穗線以吸走墊面的融錫。必要時(shí)還要用精密的牙醫(yī)研磨工具或砂紙，以及使用溶劑做好銅墊事先的清潔工作，務(wù)須徹底去除銅面已長出的IMC，以確保后來銲點(diǎn)的強(qiáng)度與可靠度。

（3）重印錫膏與再焊

以專用的印刷小鋼板在銲墊區(qū)重印錫膏，再採用精密對(duì)淮的設(shè)備將全新BGA/CSP安放在定位的錫膏上，隨后即以熱風(fēng)將之焊牢。要注意必須一次就做好，以減少焊墊與板材間所產(chǎn)生CTE差異之剪力傷害。由于BGA/CSP重工中所施加的熱量，比起一般小零件要高出很多，是故尤其要小心施工。完工后還須用進(jìn)行透視檢查，以確保腹底內(nèi)球均已焊妥。

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三、結(jié)論

隨著時(shí)間的無情腳步，全球無鉛焊接的大限即將逼近，業(yè)界上下游備戰(zhàn)時(shí)間已所剩無幾。然而業(yè)界對(duì)無鉛的痛苦與后患仍然警覺不足，多半的原因是每天工作太忙，在日日救火下根本無心顧慮到大半年以后的災(zāi)難；少部份的心態(tài)可能是自認(rèn)工作經(jīng)驗(yàn)早已爐火純青，大不了兵來將擋水來土掩而已。抱持后者想法之人，正是所謂"無知者無懼"的顢預(yù)與幼稚！初生之犢不怕虎長出角來反怕狼， 古之明訓(xùn)豈可玩忽？無鉛焊接最容易出問題者，正是BGA或CSP等球腳陣列之封裝產(chǎn)品，由于腹底內(nèi)外球之熱量差異頗多〈10℃左右），加上無鉛焊接熱量劇增后造成載板彎翹之另番惡化，使得BGA焊接原有的缺失更再成為雪上加霜的致命傷。手機(jī)板上CSP或其他用途之大型BGA者，絕對(duì)將成為無窮痛苦的來源。