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一文弄懂BGA封裝晶片(芯片)植球的方法、步驟及注意事項
(圖片來自網路)
自從BGA晶片/芯片封裝被發明出來後，BGA返修一直是個很讓人頭痛的議題，也有很多業者開發出了許多可以重新植球的設備，從高級的全自動到低階的手動作業都有，更有許多的Maker分享如何DIY自己修理BGA。
工作熊這邊整理了幾個BGA晶片(芯片)植球的方法給大家參考，當然各家都會有些自己的小撇步，如果有不盡完善的地方，歡迎大家提出來討論：
題外話：至於該叫做「晶片」或「芯片」，個人覺得兩者都說得通，晶片是從材料來做翻譯，而芯片則從是功能來翻譯。「晶片」或「芯片」的英文字是「chip」，有小碎塊、細片的意思，通常用來指從一個整體分割出來的小塊，如從馬鈴薯切成的薯條。而chip就是從晶圓(wafer) 切割出來載有積體電路的小塊，人家英文只說是chip，前綴則是中文自己上去的，所以你要說它是「晶片」或「芯片」應該都是說得通的。
1、將BGA從PCB上移除
一般建議使用BGA維修專用機來將BGA顆粒從PCB上移除。不得已的話才用熱風槍吹下來，因為使用熱風槍加熱的位置及時間都不容易控制，很容易損傷BGA及PCB，有時候外觀看不出問題，但內裡可能已經損傷。
2、去除BGA底部焊盤上的殘留焊錫並清洗
用烙鐵將PCB焊盤上殘留的焊錫清理乾淨並整平，可採用拆用「吸錫帶（Solder Wick）」和扁鏟型或刀型烙鐵頭進行清理整平作業以提昇效率，操作時須注意烙鐵頭不要在同一個焊盤上加熱過久以避免損壞焊盤及防焊層。之後使用專用清洗劑將助焊劑殘留物清洗乾淨。
3、在BGA底部焊盤上印刷助焊劑
一般情況採用高黏度的助焊劑，助焊膏可以起到預黏固和助焊的作用，應保證印刷後助焊劑圖形清晰、不漫流。有時也可以採用小鋼板手動印刷錫膏來代替，採用錫膏作業時錫膏的金屬組成成份應與焊球的金屬成份相匹配。錫膏印刷時需採用BGA專用小鋼板，鋼板厚度與開口尺寸要根據BGA球徑和球距來確認，最好與SMT的鋼板一致，錫膏印刷完畢必須檢查印刷品質，如不合格，則必須清洗後重新印刷。
4、選擇焊球
選擇焊球時，要考慮焊球的合金材料雨球徑的尺寸，最好與BGA原先的焊球大小及合金成份都要一致。目前無鉛的BGA焊球的焊料一般都是SAC305，與目前回流焊所使用的材料是一致的。焊球尺寸的選擇也很重要，如果使用高黏度的助焊劑，可以選擇與BGA元件焊球直徑相同的焊球；如果使用錫膏，則應選擇與BGA元件原本焊球直徑稍小一點的焊球，因為錫膏會增加焊球的直徑。
5、BGA植球
5.1 採用植球器法（正規的方法）
如果有植球器(台)，選擇一塊與BGA焊盤匹配的小鋼板，鋼板的開孔尺寸應比焊球直徑大約0.05~0.1mm，現在只要把BGA錫球的規格給鋼板廠商，他們就知道該開多大的孔了，也有一些現成的小鋼板可以購買。
植球時將焊球均勻地撒在鋼板上，搖晃植球器，把多餘的焊球從鋼板上滾到植球器的焊球收集槽中，讓鋼板上的每個漏孔中都保留有一個焊球，有些沒有收集槽的就在一個比植球器大一點的容器作業，這樣可以將方便收集多餘的焊球，把植球器放置在工作台上，用真空吸嘴吸取已經印好助焊劑或焊膏的BGA元件的背面（沒有焊盤的那面），然後將BGA元件對準貼裝到已經有焊球就定位的植球器(塗有助焊劑面朝下對準焊球)，然後將BGA元件吸起來，藉著助焊劑或錫膏的黏性，焊球應該會黏在BGA的焊盤上一起被帶離開植球器，將BGA元件黏有焊球面朝上放置於工作台上，檢查有無缺少焊球或偏移嚴重的地方，若有，用適當工具補齊焊球。
5.2 採用模板法 （陽春手法）
把印有助焊劑或焊膏的BGA元件放置於工作台上，助焊劑或錫膏面朝上。準備一塊與BGA焊盤匹配的小鋼板，小鋼板的開口尺寸應比焊球直徑大0.05～0.1㎜，把小鋼板四周用墊塊架高或是直接使用階梯鋼板，放置在印有助焊劑或錫膏的BGA器件上方，使小鋼板與BGA元件之間的距離略小於焊球的直徑。然後將焊球均勻的撒在小鋼板上，把多餘的焊球用適當的工具撥下來，使小鋼板的表面恰好每個漏孔中保留一個焊球。最後移開小鋼板，檢查缺漏或偏移並補齊修正。
5.3 手工貼裝法
把印有助焊劑或錫膏的BGA元件放置在工作台上，助焊劑或錫膏面向上。如同貼片一樣用鑷子或吸筆將焊球一顆顆逐個放上去。
5.4 刷錫膏法造球法
訂製加厚的小鋼板，鋼板越厚與開孔越大，印刷後生成的焊球直徑就會越大，將錫膏直接印刷於BGA的焊盤上。由於表面張力的作用，在流經回焊後就會形成焊球。但是這個只能應急，不建議採用，因為錫膏量不易控制，而且所生成的錫球大小差異會很大，也不是很漂亮的圓球體，後續要焊接到PCB時容易出現空焊問題。一般來說鋼板的開孔要略大於焊盤的直徑，如果錫球為一個標準圓，那麼印刷錫膏後生成的錫球直徑大概會是小鋼板厚度的一半左右。
5、回流焊接
將黏貼有焊球的BGA元件放到加熱器中進行回焊處理，焊球就會固定在BGA元件上了，回焊前焊球就算有些小偏位，焊球也會因為錫的內聚力而拉正。
有些作業會連同小鋼板一起做回流焊後才把小鋼板取下，好處是可以避免焊球在移除小鋼板時碰到焊球而造成移位的問題，但缺點是回焊後小鋼板容易被焊球卡住拔不下來，或是拔除時不小心損傷焊球，如果採取這個方法，建議一定要等到使用超音波震盪清洗掉助焊劑後再來移除小鋼板。
6、植球回焊後清潔處理
完成植球的工藝後，BGA元件上一定會殘留助焊劑，這些助焊劑短期內可能不會有問題，但長期上可能會造成為短路影響信賴性，所以一定要用超音波/超聲波振盪器把殘留的多餘助焊劑清洗掉，並且要儘快進行貼裝及焊接，以防焊球氧化，也可以避免BGA元件受潮。
BGA植球影片
工作熊下面收集了幾支關於BGA植球的影片給大家參考，當然如果你有興趣，也可以在網路或YouTube上搜尋『BGA植球』就會有很多影片跑出來。
BGA手動植球影片
BGA植球影片(錫膏直接生成錫球)
BGA植球影片(雷射自動植球)
延伸閱讀：
電子零件掉落、BGA焊錫破裂問題文章整理
為了對抗錫球裂開，BGA焊墊應該設計成SMD或NSMD？SMD與NSMD的優缺點
電子零件掉落或BGA錫裂一定是SMT製程問題迷思(5)？增加焊錫的接觸面積以增加焊錫強度
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熊大您好
由於工作上平時需要分析電路特性
所以會有替換BGA type IC 的需求, 平時都是請助焊工協助手工替換
不得不說他們的焊接功力真的很強,使用一台熱風槍及鋼板
從移除IC, 整地, 到植球,上件
成功率約60%, 看到熊大這篇文章讓我不禁好奇想問
手工焊接的話,有沒有甚麼工具方便我們焊接呢?
另外這種植球檯使各種尺寸IC都通用嗎?
謝謝