BGA焊接采用的回流焊的原理。這里介紹一下錫球在焊接過(guò)程中的回流機(jī)理。
當(dāng)錫球*于一個(gè)加熱的環(huán)境中，錫球回流分為三個(gè)階段：
預(yù)熱
首先，用于達(dá)到所需粘度和絲印性能的溶劑開始蒸發(fā)，溫度上升必需慢（大約每秒5° C），以限制沸騰和飛濺，防止形成小錫珠，還有，一些元件對(duì)內(nèi)部應(yīng)力比較敏感，如果元件外部溫度上升太快，會(huì)造成斷裂。
助焊劑（膏）活躍，化學(xué)清洗行動(dòng)開始，水溶性助焊劑（膏）和免洗型助焊劑（膏）都會(huì)發(fā)生同樣的清洗行動(dòng)，只不過(guò)溫度稍微不同。將金屬氧化物和某些污染從即將結(jié)合的金屬和焊錫顆粒上清除。好的冶金學(xué)上的錫焊點(diǎn)要求“清潔”的表面。
當(dāng)溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒首先單獨(dú)熔化，并開始液化和表面吸錫的“燈草”過(guò)程。這樣在所有可能的表面上覆蓋，并開始形成錫焊點(diǎn)。
回流
這個(gè)階段*為重要，當(dāng)單個(gè)的焊錫顆粒全部熔化后，結(jié)合一起形成液態(tài)錫，這時(shí)表面張力作用開始形成焊腳表面，如果元件引腳與PCB焊盤的間隙超過(guò)4mil（1 mil = 千分之*英寸），則極可能由于表面張力使引腳和焊盤分開，即造成錫點(diǎn)開路。
冷卻
冷卻階段，如果冷卻快，錫點(diǎn)強(qiáng)度會(huì)稍微大一點(diǎn)，但不可以太快否則會(huì)引起元件內(nèi)部的溫度應(yīng)力。
溫區(qū)劃分
對(duì)于BGA的焊接，我們是采用BGA Rework Station（BGA返修工作站）進(jìn)行焊接的。不同廠商生產(chǎn)的BGA返修工作站采用的工藝原理略有不同，但大致是相同的。這里先介紹一下溫度曲線的概念。BGA上的錫球，分為無(wú)鉛和有鉛兩種。有鉛的錫球熔點(diǎn)在183℃～220℃，無(wú)鉛的錫球熔點(diǎn)在235℃～245℃.
從以上兩個(gè)曲線可以看出，焊接大致分為預(yù)熱，保溫，回流，冷卻四個(gè)區(qū)間（不同的BGA返修工做站略有不同）無(wú)論有鉛焊接還是無(wú)鉛焊接，錫球融化階段都是在回流區(qū)，只是溫度有所不同，回流以前的曲線可以看作一個(gè)緩慢升溫和保溫的過(guò)程。明白了這個(gè)基本原理，任何BGA返修工作站都可以以此類推。這里，介紹一下這幾個(gè)溫區(qū)：
預(yù)熱區(qū)
也叫斜坡區(qū)，用來(lái)將PCB的溫度從周圍環(huán)境溫度提升到所須的活性溫度。在這個(gè)區(qū)，電路板和元器件的熱容不同，他們的實(shí)際溫度提升速率不同。電路板和元器件的溫度應(yīng)不超過(guò)每秒2～5℃速度連續(xù)上升，如果過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生熱沖擊，電路板和元器件都可能受損，如陶瓷電容的細(xì)微裂紋。而溫度上升太慢，焊膏會(huì)感溫過(guò)度，溶劑揮發(fā)不充分，影響焊接質(zhì)量。爐的預(yù)熱區(qū)一般占整個(gè)加熱區(qū)長(zhǎng)度的15～25 %。
保溫區(qū)
有時(shí)叫做干燥或浸濕區(qū)，這個(gè)區(qū)一般占加熱區(qū)的30 ～ 50 %。活性區(qū)的主要目的是使PCB上各元件的溫度趨于穩(wěn)定，盡量減少溫差。在這個(gè)區(qū)域里給予足夠的時(shí)間使熱容大的元器件的溫度趕上較小元件，并保證焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)。到活性區(qū)結(jié)束，焊盤、焊料球及元件引腳上的氧化物被除去，整個(gè)電路板的溫度達(dá)到平衡。應(yīng)注意的是PCB上所有元件在這一區(qū)結(jié)束時(shí)應(yīng)具有相同的溫度，否則進(jìn)入到回流區(qū)將會(huì)因?yàn)楦鞑糠譁囟炔痪a(chǎn)生各種不良焊接現(xiàn)象。一般普遍的活性溫度范圍是120～150℃，如果活性區(qū)的溫度設(shè)定太高，助焊劑（膏）沒(méi)有足夠的時(shí)間活性化，溫度曲線的斜率是一個(gè)向上遞增的斜率。雖然有的焊膏制造商允許活性化期間一些溫度的增加，但是理想的溫度曲線應(yīng)當(dāng)是平穩(wěn)的溫度。
回流區(qū)
有時(shí)叫做峰值區(qū)或*后升溫區(qū)，這個(gè)區(qū)的作用是將PCB的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度?；钚詼囟瓤偸潜群辖鸬娜埸c(diǎn)溫度低一點(diǎn)，而峰值溫度總是在熔點(diǎn)上。典型的峰值溫度范圍是焊膏合金的熔點(diǎn)溫度加40℃左右，回流區(qū)工作時(shí)間范圍是20 - 50s。這個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定太高會(huì)使其溫升斜率超過(guò)每秒2～5℃，或使回流峰值溫度比推薦的高，或工作時(shí)間太長(zhǎng)可能引起PCB的過(guò)分卷曲、脫層或燒損，并損害元件的完整性?；亓鞣逯禍囟缺韧扑]的低，工作時(shí)間太短可能出現(xiàn)冷焊等缺陷。
冷卻區(qū)
這個(gè)區(qū)中焊膏的錫合金粉末已經(jīng)熔化并充分潤(rùn)濕被連接表面，應(yīng)該用盡可能快的速度來(lái)進(jìn)行冷卻，這樣將有助于合金晶體的形成，得到明亮的焊點(diǎn)，并有較好的外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會(huì)導(dǎo)致電路板的雜質(zhì)更多分解而進(jìn)入錫中,從而產(chǎn)生灰暗粗糙的焊點(diǎn)。在極端的情形下，其可能引起沾錫不良和減弱焊點(diǎn)結(jié)合力。冷卻段降溫速率一般為3～10 ℃/ S。
