BGA 植球(Reballing)怎麼做:從決定要不要植、取下舊球、植上新球、過爐,到清洗檢查與留紀錄的 5 個階段
BGA 植球,是把球柵陣列封裝(BGA,Ball Grid Array)底部的錫球換掉或補齊。它是重工的一種,不是萬用的補救:能不能植,先看零件從哪裡來、還能不能再過爐、焊墊有沒有受傷、客戶同不同意;做的時候,舊錫要清乾淨、助焊劑要塗足、球徑與合金要對、過爐盡量接近正式生產的條件;做完要清洗、檢查,並留下紀錄。一篇期刊論文把無鉛球換成錫鉛球,植過球的組件在溫度循環下比沒植過球的早失效,三種植球方法之間沒有差別。零件不貴、買得到,或來歷不明時,換新件常常比植球省事。
- 先問「為什麼要植」:新品的球不良、舊零件要重複使用、要換合金,三種情況要求不同;零件來歷不明或客戶不同意,就換新件(階段①)。
- 舊錫清乾淨、助焊劑塗足、球徑與合金對:漏球、偏移、大小球,產線上常見的原因都落在這一段(階段②、③)。
- 過爐盡量接近正式生產,並算次數:每過一次爐,都在消耗零件與電路板的壽命;濕敏零件過爐前先烘(階段④)。
- 洗乾淨、查清楚、留紀錄:外觀乾淨不等於清潔度過關;檢查通過的標準先寫再做(階段⑤)。
本文從「一顆 BGA 要重新植球」開始講,到「檢查過、留下紀錄」為止,談的是工廠與維修現場的小量植球,不是封裝廠的量產線。BGA 焊點怎麼檢查(X-ray、紅墨水、切片),見〈BGA 焊點怎麼檢查:X-ray、紅墨水、切片怎麼選,5 階段由淺入深〉;零件拆封後的暴露時間與烘烤,見〈濕敏元件保存與烘烤條件:拆封後 4 個狀態各該怎麼處理〉。把 BGA 裝回電路板(鋼板印刷、對位、重工台設定)、BGA 以外的零件重工、焊點失效分析,不在本文。下面每個階段寫:怎麼做、公開資料怎麼說、嘉鴻能幫的;來源、例外與條款放在文末的「備註」。
階段①:先決定要不要植球
植球要人工、要過爐、還要檢查,不是每顆零件都划算。先問四件事:為什麼要植、零件從哪裡來、還能不能再過爐、客戶同不同意。
| 零件的情況 | 比較合理的做法 | 公開資料怎麼說 |
|---|---|---|
| 已上過板,取下來想重複使用 | 先問客戶;履歷清楚、封裝與焊墊完整,才評估植球 | 一家印刷電路板(PCB,Printed Circuit Board)代工廠的部落格(2026 年 8 月):取下過程受控、封裝與焊墊完整、零件履歷查得到、球徑與合金能確認、客戶允許重複使用,才值得評估;來源或取下歷史不明,或有基板損傷、焊墊翹起、裂紋、變色、嚴重翹曲、過熱的跡象,換新件比較安全 |
| 零件貴、買不到或已停產 | 值得評估植球 | 一家重工設備廠商的文章:植球常因人工時間長而不划算,零件很貴或很難買到時才有理由 |
| 零件便宜、買得到 | 換新件通常更省事 | 同一篇文章 |
| 要換合金(無鉛換錫鉛) | 屬於合金轉換,以客戶與零件製造商的書面同意為準 | 國際電工委員會(IEC)的 IEC TS 62647-4:航太、國防與高可靠度產品中,BGA 換球的要求,對象是換球供應商。一份定稿前的投影片(網址標 2016 年 11 月)說,重點是無鉛轉錫鉛,流程圖也列了錫鉛轉無鉛 |
| 失效的原因還沒找到 | 先找原因,再決定要不要植 | 同一家代工廠:植球只恢復外部的球陣列,修不了晶片、基板或內部連線;原因沒隔離,新球可能重複同一個失效。開不了機也不一定是球的問題,電源、時脈、韌體與其他零件都可能 |
怎麼做:
- 先寫下「為什麼要植」:新品的球不良、舊零件重複使用、合金轉換,三種情況的要求不同,檢查的項目也不同。
- 先問客戶:能不能植、可以重工幾次、過爐用什麼設備、一定要新零件還是可以用舊零件。產線上常見的做法是先把這幾條寫成條件,再開始做。
- 看零件履歷:從哪裡來、怎麼取下的、已經過了幾次爐。履歷不明,換新件。
- 向零件製造商要規格書上的回焊上限(次數與溫度);問不出來,就當作沒把握。
- 濕敏零件過爐前要先烘烤並記錄暴露時間,見〈濕敏元件保存與烘烤條件:拆封後 4 個狀態各該怎麼處理〉;受潮過爐會爆開,見〈爆米花效應(Popcorn Effect)是什麼:IC 與電路板受潮,過回焊爐為什麼會爆開〉。
- 檢查通過的標準先寫下來(球徑、球位置、有沒有漏球與橋接、共面度),再動手。
公開資料怎麼說:
- 一個大學的可靠度研究團隊(2010 年的期刊論文):把無鉛 BGA 的球換成錫鉛球,用三種植球方法,與無鉛組件、混合合金組件一起做溫度循環(-55 到 125 °C;摘要印的是 55C to 125C)。同一種零件,不論用哪種方法,植過球的組件壽命差不多,但都比混合合金與無鉛組件短;失效位置都在零件側的焊料本體。這是無鉛換錫鉛的條件,不能直接當作您這批料的結論。
- 國際電子工業聯接協會(IPC)公開的植球程序範例頁(頁面標 Date: 10/11;IPC 註明僅供參考):先確認零件承受得了多次回焊;多次過爐可能傷到零件與電路板;濕敏零件依 J-STD-033 處理,必要時烘烤。
- IEC TS 62647-4:2018 是技術規範(頁面寫穩定期到 2028 年),寫的是航太、國防與高可靠度產品中,BGA 換球的要求,對象是換球供應商。定稿前的投影片(網址標 2016 年 11 月)列出的流程:確認換球供應商在核可名單上、來料檢驗、判斷焊料成分並標示、去球時預熱並控溫、確認零件扛得住無鉛回焊的溫度、新料號要鑑定。
- 另一家半導體製造商的塑膠 BGA 應用說明(2009 年 8 月發行、2015 年 8 月修訂):它的這款封裝依 J-STD-020 鑑定,最多可承受 3 次峰值 245 °C 的回焊。這是單一封裝的標示,您的零件,以它自己的規格書為準。
- 一家換球服務廠在 IPC 網站發表的研討會論文(2016 年;有銷售立場):一款 54 球的薄型細間距 BGA(原本是 SAC305 球,換成錫鉛球),每組 4 顆,分別去球、植球 1 到 10 次,共 40 顆;論文寫外觀檢查全數通過,X-ray 沒有看到翹曲、打線斷裂或晶粒分離,錫球推力測試的破壞都落在錫球本體。只有一款零件,不能當作其他零件也可以植 10 次的依據。
階段②:取下舊球,整理焊墊
舊錫沒清乾淨、焊墊被刮傷或翹起,後面的步驟都會受影響。去球有三種方式,公開資料的說法並不一致。
| 方式 | 怎麼做 | 公開資料怎麼說 |
|---|---|---|
| 烙鐵加吸錫線 | 吸錫線夾在烙鐵頭與焊墊之間,一排一排、點對點吸,不要拖動 | 重工設備廠商的文章:吸錫編織帶搭配熱的刀型烙鐵頭,一排一排吸,編織帶夾在烙鐵頭與板子之間,避免傷到焊墊。IEC 的投影片(定稿前):標準不鼓勵編織帶吸錫 |
| 熱風或氮氣加真空吸 | 不接觸焊墊,要專用設備,速度較慢 | 重工設備廠商的文章:比較溫和,但比較慢,要特殊設備 |
| 雷射去球 | 專用設備 | IEC 的投影片(定稿前):標準不限制雷射去球與換球,只要製程符合標準的要求 |
怎麼做:
- 產線上常見的做法是:先吹掉封裝表面的浮塵;零件放在聚醯亞胺(polyimide)耐高溫膠帶上,用膠帶蓋住封裝體表面,確認沒有露出。
- 用 ESD(Electrostatic Discharge,靜電放電)毛刷,把助焊劑塗滿整個植球區,再吸錫。
- 吸錫線配烙鐵,點對點吸,不要拖動;拖動會刮傷防焊層(solder mask)。烙鐵的設定溫度依焊料而定(錫鉛與無鉛不同),寫進作業指導書;開始前,等烙鐵頭到達設定溫度。
- 焊墊上有髒污,小心清掉,不要傷到焊墊與防焊層。
- 用立體顯微鏡確認:舊錫吸乾淨、焊墊沒有刮傷或翹起、防焊層完整。
- 植球之前先檢查封裝的共面度(coplanarity,各焊墊或錫球頂端是否落在同一個平面)。
- 去球後把零件送去清洗,把助焊劑洗掉;清洗見階段⑤。
- 操作時戴指套(必要時再戴棉手套)與接地的手環,避免污染與靜電。
公開資料怎麼說:
- 重工設備廠商的文章:清除助焊劑殘留要用核可的溶劑,把焊墊區清乾淨;幾乎任何標準的水系清洗方法都可以。
- IPC 的範例頁:植球前後都要清洗與檢查,材料列了清洗劑與擦拭布;它沒有寫去球方法,只指向該標準的另幾個程序。
嘉鴻能幫的:
- 去舊錫:吸錫線(頁面分三個系列:無鉛、免洗、松香;線寬 1.5 mm 用在細腳,2.0 到 2.8 mm 用在一般焊墊,2.8 到 3.7 mm 用在大焊墊;頁面寫要看焊墊寬度取相近的線寬,過寬會蓋到鄰近的焊點)。
- 烙鐵頭:烙鐵頭(頁面依焊台型號分兩個系列,頭型很多)、另一款烙鐵頭(頁面寫要配對該品牌的焊台;詢價請告知焊台型號與頭型;用完要鍍錫保護)。
- 烙鐵頭清潔:烙鐵海綿(頁面寫加水膨脹後使用、保持微濕;乾燥或碳化就換新)。
- 遮蓋封裝表面:金手指防焊膠帶(頁面寫耐溫 260 °C、厚度 0.07 mm、撕除後零殘膠)。
- 防污染與靜電:指套(頁面有乳膠與丁腈橡膠(NBR,Nitrile Butadiene Rubber)兩種材質,丁腈橡膠藍色款標示防靜電)、防靜電手環(頁面寫有線款在接地良好時可靠)。
- 放大檢查:40 倍手持放大鏡、高畫質 7 吋數位顯微鏡、數位顯微鏡系列(規格見各商品頁)。
- 價格與庫存,請洽詢。
階段③:塗助焊劑,植上新球
三種做法都能植,差別主要在量與設備;一篇期刊論文沒有發現三種方法在壽命上的差別。
| 做法 | 怎麼做 | 用在哪 | 公開資料怎麼說 |
|---|---|---|---|
| 載板 | 聚醯亞胺植球載板:助焊劑塗在零件的焊墊上,零件放上載板,過爐,冷卻後取下載板 | 整顆重植、少量 | IPC 範例頁:寫的是這一種方法 |
| 鋼板加治具 | 零件固定在治具上,蓋上植球鋼板,倒入錫球、搖動到每個孔都裝滿,倒掉多餘的球,取下鋼板 | 同一個料號的量較多 | 重工設備廠商的文章:用零件專用的鋼板,一片印錫膏、一片放球,刷掉多餘的球 |
| 預成型錫球與手工補球 | 用針筆或鑷子,把錫球一顆一顆放到焊墊上 | 補幾顆漏掉的球 | 重工設備廠商的文章:預成型球用邊緣對位或治具;共晶球要助焊劑與受控的過爐;高熔點球用印刷或點膠的錫膏接合 |
怎麼做:
- 先核對球徑、合金與數量,和原本的 BGA 一致。換球徑或換合金時,治具與鋼板先清乾淨,不要混用;產線上常見的看法是,球徑混用是大小球的原因之一。
- 助焊劑塗滿整個植球區,再用顯微鏡確認每個焊墊都蓋到;塗得太靠近焊墊邊緣,球容易偏。
- 助焊劑與錫球都要貼管制標籤:料號、球徑與合金、開封或上機時間、下次更換時間;換料要有人簽核。沒用完的球蓋好,放回低濕的環境。
- 鋼板或治具依焊墊間距、球徑選;治具內的球量要夠,不夠時,刮刀會碰到錫球。
- 手工補球:把要用的錫球倒在蓋子上,用針筆挑一顆放到漏球的焊墊;零件放在無塵布上操作。
- 植完先用顯微鏡看球的位置與有沒有漏球,再過爐。
- 操作時戴指套與接地手環。
公開資料怎麼說:
- 前述的 2010 年期刊論文:三種植球方法的壽命沒有差別。
- 重工設備廠商的文章:助焊劑可以點膠、印刷,常用的是刷塗。
- PCB 代工廠的部落格:要確認球徑與合金,鋼板或治具配合焊墊間距,並檢查錫球覆蓋、對位與漏球。
- 一家錫球製造商的產品頁與產品資料表(表單編號 97549 R10):SAC305(Sn3.0Ag0.5Cu)球的固相線 217 °C、液相線 220 °C,錫鉛共晶球(Sn63Pb37)183 °C;標準球徑公差,直徑 100 到 889 µm 的球是 ±25 µm,客戶要求時可做到 ±13 µm(看合金與球徑);保存建議放在原容器、蓋緊,在約 21 °C 以下的室溫,最好放進氮氣乾燥箱;不含金的合金,保存期限 1 年。
嘉鴻能幫的:
- 夾取與放置:防靜電鑷子(頁面寫導電塑膠款的圓尖頭,用在圓形或球形元件與錫球的操作;金標為 ESD 認證版)。
- 塗助焊劑的毛刷:ESD 毛刷(頁面寫尼龍刷毛、用途是除塵,共 23 款)。
- 防污染與靜電:指套、防靜電手環(見階段②);放大檢查見階段②。
- 印刷或點膠的做法要用錫膏:錫膏與錫絲(頁面寫「焊錫膏 SAC305-T4(無鹵素)」,另有各規格錫絲,價格隨市場波動)。
- 價格與庫存,請洽詢。
階段④:過爐,並記下零件過了幾次爐
過爐決定球的形狀,也在消耗零件的壽命。
| 重點 | 怎麼做 | 公開資料怎麼說 |
|---|---|---|
| 曲線 | 用正式生產的曲線;換程式後,等爐溫穩定、重新量曲線並記錄 | 重工設備廠商的文章:用多溫區回焊,曲線配合錫膏;上下都要對流加熱,只有上面加熱,紙質載板會翹,球可能附著到零件側邊。PCB 代工廠的部落格:監測零件實際的溫度,不要只看機台設定值;合金轉換或混合合金可能要用不同的曲線,並有文件化的核可 |
| 鋼板與載板 | 依做法:載板等冷卻後取下;鋼板過爐前取下 | IPC 範例頁:載板留著過爐,冷卻後取下。重工設備廠商的文章:它的做法是過爐時取下定位鋼板;留著影響很小或沒有,鋼板還可能像散熱片、要提高回焊溫度 |
| 過爐次數 | 記下每顆零件已經過了幾次爐,含製造時與先前重工的 | 重工設備廠商的文章舉例:雙面板上的 BGA,取下、植球、裝回,可能經過六次回焊,還不含製造時原有的。IPC 範例頁:多次過爐可能傷到零件與電路板 |
| 濕氣 | 過爐前確認零件是乾的 | IPC 範例頁:濕敏零件依 J-STD-033 處理,必要時烘烤。一家顧問公司的專欄:植球至少要過一次爐;植球前應先烘乾,避免分層或爆米花 |
怎麼做:
- 過爐前,核對爐子的程式是否與該批料號的要求一致;不一致,就換程式、等爐溫穩定、重新量一次曲線,並記錄;產線上常見的做法是這樣管。
- 重工品依批號分開,同一時間,同一個工作台不要處理兩批。
- 客戶可能規定植球後的過爐一定要用回焊爐,不准用熱風槍或加熱板;有規定就照規定。
- 植球後到過爐、過爐後到清洗的等待時間,限制在作業指導書規定的範圍內;等待時,放進溫濕度受控的盒子或防潮箱。
- 在紀錄上標明植球方式(手工或治具),並記錄過爐的次數。
- 過爐後,等冷卻再動零件。
公開資料怎麼說:
- 上面幾家的文章都沒有給共通的溫度與時間;本文也不給,見備註。
- 下面是單一來源的例子,不是通用值:另一家半導體製造商的塑膠 BGA 應用說明,錫鉛零件配錫鉛錫膏時,回焊峰值建議在 215 到 225 °C。IPC 範例頁寫,載板連同零件過爐後,讓零件冷卻 30 到 60 秒,再取下載板。前述 2016 年的論文,把那款零件當濕敏等級 3 處理,依 J-STD-033 在去球植球前後,各以 125 °C 烘 16 小時。
一個 BGA 零件重工方法的例子:一份簡報規定:每個模組只重工一次,一定用新零件,焊接要用回焊爐,其他加熱方法禁止。流程是熱風槍拆除、烙鐵與吸錫線清殘錫(烙鐵不超過 280℃)、上助焊劑、重工機放新零件、用量產溫度曲線回焊、X 光檢查。簡報註明沒有這個產品的重工經驗,是用別的產品模擬;為什麼拆除可以用熱風槍而焊接不行,沒有說明,也沒有成功率資料,拆除時對旁邊零件與基板的影響也沒有寫。這個例子可以提醒:客戶若規定重工次數與加熱方式,要照規定並記下來。
嘉鴻能幫的:
- 過爐前烘乾:智能程式烤箱(頁面寫烘烤時用氮氣排除水氣與氧氣,可設定升降溫曲線,尺寸可客製;溫度範圍 RT~100℃、150℃、200℃、300℃)。
- 等待時暫存:超低濕電子防潮箱(頁面寫分兩個濕度等級;停滯時間與烘烤條件依零件製造商規格書)。
- 判斷是否受潮:藍色六點濕度指示卡(頁面寫藍色乾燥、粉紅色受潮,顏色可逆)。
- 價格與庫存,請洽詢。
階段⑤:清洗、檢查,並留下紀錄
植完球不是結束:助焊劑要洗、球要查、做過什麼要記,之後才說得清楚這顆零件的來歷。
| 項目 | 怎麼做 | 公開資料怎麼說 |
|---|---|---|
| 清洗 | 清洗液配合助焊劑;沖洗用去離子水;洗完吹乾或烘乾 | 一家顧問公司的專欄:清洗配方要配合助焊劑,用水溶性助焊劑不需要清洗劑,免洗與松香的要溶劑;沖洗是關鍵,殘留的化學品會讓結果變差。讀者回應提到:水與清洗液可能困在 BGA 封裝內的導通孔裡。設備與清洗液廠商代表的回答(2011 年 11 月):清洗液可能留下離子殘留,要用去離子水沖,並請教清洗液廠商 |
| 超音波 | 先確認零件耐超音波,並做驗證 | 同一個專欄的作者認為,超音波傷打線的說法已被大量研究推翻,要以自己的零件做測試;讀者回應則說,超音波會傷到打線與環氧樹脂的晶粒接合,微機電系統(MEMS,Micro-Electro-Mechanical Systems)零件不該用超音波,並說焊接的標準要求用超音波時要有客觀證據 |
| 乾燥 | 洗完烘乾 | 專欄的讀者回應:洗後的短烘,主要是去掉表面與困住的水氣,不是已經吸收的濕氣;國防、醫療、太空等高可靠度的用途可以真空烘烤 |
| 清潔度 | 抽樣量離子殘留,記錄數值 | 同一個專欄:外觀不可靠;建議做溶劑萃取液電阻率(ROSE,Resistivity of Solvent Extract)、離子層析等標準測試。上述 2011 年的回答:看起來乾淨的零件,仍可能有離子與非離子殘留 |
| 檢查 | 球數、位置、球徑、橋接、共面度,再用 X-ray 看焊點 | PCB 代工廠的部落格:多點檢查——取下後、整理焊墊後、植球後、裝回後,含共面度;X-ray 看得到焊點的跡象,但不是完整的電性或可靠度測試,二維影像也分不開重疊的特徵 |
| 紀錄 | 見下面「怎麼做」 | 同一家代工廠:先前的重工要記錄,履歷不明的往上報。IEC 的投影片(定稿前):標準附客製化範本與符合性驗證表 |
怎麼做:
- 清洗用核可的溶劑,不要用沒核可的溶劑洗設備與工具;用完用去離子水沖掉溶劑殘留;這兩條是產線上常見的做法。
- 抽樣量離子殘留,清洗前後都記數值;外觀乾淨不算數。
- 檢查通過的標準,在階段①已經寫好,這時照著驗。重工之後仍不合格,就報廢;要再重工一次,先拿到客戶同意。
- 檢查出不良,回頭查,見下圖:產線上常見的做法,是把漏球、偏移、大小球各自對到幾個常見原因。
- 洗完、烘乾後,放進低濕環境,並重新計算暴露時間,見〈濕敏元件保存與烘烤條件:拆封後 4 個狀態各該怎麼處理〉。
- 重工品另開子批號、附流程卡,不良品放在顯眼的容器裡,避免混進正常料。產線上常見的做法是這樣管,之後一眼看得出哪些是重工過的。
- 紀錄至少含:零件編號與來源、為什麼植、去球方式、植球方法、球徑與合金、助焊劑、過爐的次數與曲線、清洗方法與清潔度、檢查結果、誰決定。
公開資料怎麼說:
- 助焊劑殘留要不要洗、白色殘留怎麼判斷,見〈助焊劑殘留要洗嗎?白色殘留判斷與洗不洗 3 步決策〉,本文不重複。
- 一個清洗問答裡,設備廠商的人建議:除了離子測試,還可以做材料分析,並在裝板後做功能測試。
嘉鴻能幫的:
- 清洗劑:鋼板清洗劑・助焊劑清潔劑(頁面寫 JH 系列為免洗型及松香型助焊劑清洗設計,三款型號各有配方差異;請提供清洗對象與製程條件詢價,可索取物質安全資料表(MSDS,Material Safety Data Sheet);超音波清洗列「確認洗板水耐超音波振盪,不起泡」;每桶 5 加侖);另有鋼板清洗劑 JH64 檢測報告與 SDS 重點(頁面列 RoHS、無鹵與 PFOA/PFOS 的檢測報告與 SDS 重點)。
- 溶劑:工業酒精系列(頁面寫異丙醇(IPA,Isopropyl Alcohol)為 99 % 以上,用在電子零件清潔與助焊劑去除;易燃,遠離火源與靜電)。
- 超音波清洗:超音波清洗機(頁面寫槽容量 10 L、功率 10 % 到 100 % 可調、加熱並恆溫、不鏽鋼槽;「精密零件可調低功率,降低損傷風險」)。零件耐不耐超音波,見備註。
- 整塊板送洗:離線 PCBA 清洗機(頁面寫清洗區域 610 × 600 mm、水洗或化學清洗兩種模式、漂洗次數可設定)。
- 沖洗用水:超純水機/去離子水機(頁面分兩款:JH-DI-200 寫產水量 200 L/H 以上、出水電阻率 2~10 MΩ·cm(依原水水質);JH-DI-1000 寫規格請洽詢)。
- 清潔度:離子污染測試儀(頁面寫以 3:1 異丙醇與去離子水萃取,在 40 ± 1 °C 量電導率與離子濃度,有靜態與動態模式,精度 ±3 %,可測 100 × 100 mm 到 350 × 600 mm 的板)。
- 存放與暫存:超低濕電子防潮箱(見階段④)。
- 標示「已植球」與批次:客製不乾膠標籤貼紙(頁面寫可客製尺寸、材質與印刷)。
- 價格與庫存,請洽詢。
常見問題
Q1:植過球的 BGA,可靠度會比原本差嗎?要怎麼確認能用?
公開資料沒有通用的答案,要看合金、零件與植球條件。本頁引用的 2010 年期刊論文,是把無鉛球換成錫鉛球的條件,植過球的組件在溫度循環下比沒植過的早失效;同合金重植或其他零件,不能直接套用這個結果。實務上是照階段①先寫好的檢查標準驗收,再依客戶要求加做功能測試或可靠度驗證,並把結果寫進紀錄(見本頁階段①、⑤)。
Q2:有鉛錫球和無鉛錫球差在哪?同一顆 BGA 可以混用嗎?
差在熔化溫度:一家半導體製造商的工程公報(2005 年)列出錫銀銅無鉛球(95.5Sn4.0Ag0.5Cu)固相線 216 °C、液相線 222 °C,含鉛球(62Sn36Pb2Ag)約 179~180 °C,無鉛球的回焊溫度通常要高 20~40 °C。同一顆零件上的球,球徑與合金要一致,不要混用;球的合金也要和裝回電路板時的錫膏與回焊曲線搭配,同一份公報寫,無鉛球配含鉛錫膏時,峰值至少要 220 °C 才能讓無鉛球充分熔化。要換合金,以客戶與零件製造商的書面同意為準(見本頁階段①)。
Q3:舊零件要改植無鉛球,要先確認什麼?
先確認零件承受得了無鉛回焊的峰值溫度。同一份工程公報提醒,在 2002 年 J-STD-020B 版發行前就完成鑑定的封裝,可能只鑑定到峰值 225 °C,而多數無鉛錫膏的峰值溫度落在 230~245 °C,超過就可能影響零件可靠度。規格書上查不到峰值溫度與濕敏等級,就當作沒把握,改用新件或維持原合金。
Q4:錫球直徑要怎麼決定?可以直接量拆下來的舊焊點嗎?
以零件規格書封裝圖上標的球徑與球數為準,不要只用焊點間距推算。拆下來的零件,殘留的焊點已經過回焊塌陷、又被吸錫破壞,量到的尺寸和出貨時的球徑不同,不能當依據。規格書查不到時,向零件製造商或供應商確認,並把確認過的球徑寫進錫球的管制標籤與紀錄(見本頁階段③)。
Q5:植球自己做,還是送外面做比較好?
看量、設備與客戶規定。補幾顆漏球或少量重植,手邊有回焊爐、顯微鏡與離子殘留量測,可以自己做;整批換合金、需要 X-ray 驗證,或客戶要求完整履歷時,送專門的換球廠商比較穩。高可靠度產品還要看客戶規定:本頁引用的 IEC TS 62647-4 定稿前投影片,流程一開始就是確認換球供應商在核可名單上。
延伸閱讀
想把相關的製程環節一起看完,可以接著讀這幾篇:
備註:來源與例外
以下給需要核對的人看,不看也不影響上面的做法。您的客戶給的規範、零件製造商的書面規格與本文不同時,以它們為準。
各做法的出處
| 做法 | 內容 | 出處 |
|---|---|---|
| 植球程序、載板、過爐次數與濕敏 | 載板植球、植球前後的清洗與檢查、共面度、多次過爐、濕敏零件的處理、載板過爐後冷卻 30 到 60 秒 | IPC 公開的植球程序範例頁(IPC-7711 的程序 5.7.6;頁面標 Date: 10/11;IPC 註明僅供參考;範例頁,不是標準全文) |
| 去球方式、植球做法與過爐 | 吸錫編織帶、熱風或氮氣加真空吸、預成型球、鋼板、過爐的上下對流、六次回焊的例子 | 一位重工設備廠商產品經理的文章(頁面顯示的日期是 1969 年 12 月 31 日,是無效的佔位日期;有銷售立場) |
| 何時值得植球、各階段的檢查點 | 履歷與完整性的條件、植球的限制、檢查點、X-ray 的限制、重工次數沒有通用上限 | 一家 PCB 代工廠的部落格(2026 年 8 月;有銷售立場;沒有數字,限制都是定性的) |
| 植球的可靠度 | 無鉛換錫鉛、三種方法、溫度循環、裂紋位置 | 一個大學可靠度研究團隊的期刊論文摘要頁(2010 年;只讀到摘要頁) |
| 高可靠度的換球 | 範圍、對象、穩定期、定稿前的流程圖與對編織帶吸錫、雷射的說法 | IEC 網站的標準頁(2018 年 4 月)、一份美國國防後勤局網站上的投影片(網址標 2016 年 11 月;投影片內只有「4 November」;定稿前的草稿,沒有標簡報者) |
| 清洗與清潔度 | 清洗液配合助焊劑、沖洗、超音波的風險、洗後短烘、離子殘留測試 | 一家顧問公司的專欄與讀者回應(沒有標日期;現行的回應是 2022 年)、一個清洗問答(2011 年 11 月;回答者來自設備與清洗液廠商,有銷售立場) |
| 標準的版次 | IPC-7711/7721 的 D 版與課程單元 | ANSI 商店頁(標 2024 年;說明沒有提到 BGA)、一家培訓公司的課程頁(頁面沒有顯示日期;網頁資料另標 2025-03-31;D 版課程的選修實作模組含 BGA 去球與植球,需有 BGA 返修台,頁面註明目前 IPC 端不提供) |
| 零件的回焊上限 | 一款塑膠 BGA 依 J-STD-020 鑑定的回焊次數與峰值、錫鉛回焊峰值的建議範圍 | 另一家半導體製造商的塑膠 BGA 應用說明(2009 年 8 月發行、2015 年 8 月修訂;廠商資料,單一封裝的標示;沒有讀到 J-STD-020 條文) |
| 錫球的熔點、公差與保存 | SAC305、SAC405、錫鉛共晶與 Sn62 球的熔點,標準球徑公差,保存條件與期限 | 一家錫球製造商的產品頁、同一家的產品資料表(表單編號 97549 R10,資料表標 ©2026;產品頁沒有標日期;廠商資料) |
| 多次植球的試驗 | 一款 BGA 去球、植球 1 到 10 次後的檢查結果,濕敏等級 3 零件的烘烤 | 一家換球服務廠在 IPC 網站發表的研討會論文(2016 年,附 2016 年 2 月 26 日的簡報;有銷售立場;只有一款零件) |
| 嘉鴻自己的資料 | 各商品頁的規格、已上線文章 | 嘉鴻商品頁與文章 |
| 產線實務 | 覆蓋封裝表面、點對點吸錫、助焊劑塗滿並檢查、球與助焊劑的管制標籤、過爐前核對程式並重新量曲線、等待時間的限制、重工品分批管制、缺陷與原因的對照(不寫公司、料號與日期) | 產線實務整理(原始文件不公開) |
標準出處
本文引用之規範,請以各發布機構之現行版本為準。
- IPC-7711/7721D《Rework, Modification and Repair of Electronic Assemblies》(電子組裝的重工、修改與維修)(ANSI 商店頁標 2024 年版,頁面寫它修訂 2020 年的 C 版加第 1 號修訂;商店頁的說明沒有提到 BGA 與植球;本文引用其用途:重工與維修的程序;植球程序,本文讀的是 IPC 公開的範例頁(頁面標 Date: 10/11),不是 D 版原文;條文需向發行機構購買)
發布機構:國際電子工業聯接協會(IPC) - IEC TS 62647-4:2018《Process management for avionics — Aerospace and defence electronic systems containing lead-free solder — Part 4: Ball grid array (BGA) re-balling》(航電製程管理——含無鉛焊料的航太與國防電子系統——第 4 部:球柵陣列(BGA)換球)(技術規範,第 1 版,2018 年 4 月 10 日;IEC 頁面寫穩定期到 2028 年;本文引用其用途:高可靠度產品中 BGA 換球的要求;本文引用標準頁的範圍說明與定稿前的投影片;條文需向發行機構購買)
發布機構:國際電工委員會(IEC) - J-STD-033D《Handling, Packing, Shipping, and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface-Mount Devices》(濕敏與回焊敏感表面黏著元件的處理、包裝、運送與使用)(JEDEC 頁面標題寫 D 版、2018 年 4 月,網址卻寫 C 版,本文取標題;本文引用其用途:濕敏零件過爐前的處理與烘烤;條文需向發行機構購買)
發布機構:國際電子工業聯接協會(IPC)與固態技術協會(JEDEC)聯合發行
此為一般情況,仍需視個案而定。
例外與限制
- 資料的性質:本文的說法,來自標準的目錄與說明頁、IPC 公開的範例頁、期刊論文摘要、設備廠商與 PCB 代工廠的文章、顧問公司專欄與專家問答,以及半導體製造商的應用說明、錫球製造商的產品資料、IPC 網站上的研討會論文;標準條文需向發行機構購買。
- 有立場的資料:重工設備廠商賣重工設備,PCB 代工廠提供 BGA 組裝與重工評估,清洗問答的回答者來自設備與清洗液廠商,錫球製造商賣錫球,發表多次植球試驗的是換球服務廠。這些只拿來說明「業界怎麼講」,不是判定值。
- 標準版次:IPC-7711/7721 在 ANSI 商店頁標 2024 年 D 版,說明沒有提到 BGA;植球程序本文讀的是 IPC 公開的範例頁(頁面標 Date: 10/11),可能與 D 版不同。IEC TS 62647-4 是 2018 年 4 月的第 1 版,頁面沒有寫它現行與否,只寫穩定期到 2028 年;定稿前的投影片(網址標 2016 年 11 月),與定稿可能不同。J-STD-033 的 JEDEC 頁面標題寫 D 版(2018 年 4 月),網址卻寫 C 版,本文取標題;標準的烘烤條件,請看標準條文;正文的 125 °C、16 小時,是 2016 年論文對一款濕敏等級 3 零件的做法,不是標準的烘烤表。另一家半導體製造商的應用說明引了 J-STD-020,本文沒有讀到 J-STD-020 的條文。
- 各說法不一致的地方:IPC 與設備廠商的文章列了吸錫編織帶去球,IEC 的投影片(定稿前)說標準不鼓勵。本文兩邊都列,依零件製造商、客戶與您採用的標準決定;高可靠度與無鉛轉錫鉛的場合,以 IEC TS 62647-4 與客戶規定為準。熔點的寫法也不完全一樣:常見問題引的工程公報,寫錫銀銅球(95.5Sn4.0Ag0.5Cu)固相線 216 °C、液相線 222 °C,錫鉛銀球(62Sn36Pb2Ag)約 179~180 °C;錫球製造商的產品頁,寫 SAC405(Sn4.0Ag0.5Cu)固相線 217 °C、液相線 225 °C,Sn62(Sn36Pb2Ag)固相線 179 °C、液相線 181 °C。以您採購的錫球的資料表為準。
- 論文的條件:無鉛 BGA 的球換成錫鉛球、溫度循環 -55 到 125 °C、特定的零件;不能直接用在同合金重植或其他零件,也只讀到摘要頁。
- 重工次數:公開資料沒有定義至多幾次;PCB 代工廠的部落格寫沒有通用的上限,看電路板、零件、材料、製程履歷、產品等級與客戶要求。另一家半導體製造商的應用說明,寫它的這款封裝鑑定到 3 次峰值 245 °C 的回焊;2016 年換球服務廠的論文,把一款零件去球、植球到 10 次,仍通過它選的檢查;兩者都是單一零件的資料,不是上限,也不是許可。本文不給次數。
- 溫度與時間:烙鐵與過爐的溫度、時間,本文不給通用數字,依焊料、零件製造商的規格書與客戶規定;階段①、④列的 245 °C、215 到 225 °C、30 到 60 秒、125 °C 16 小時,都是單一來源、單一零件的例子。
- 超音波:顧問公司專欄的讀者回應提醒,超音波可能傷到打線、晶粒接合與微機電零件(專欄作者則認為傷打線的說法已被大量研究推翻,要以自己的零件做測試);嘉鴻超音波清洗機的商品頁寫「精密零件可調低功率,降低損傷風險」,助焊劑清潔劑的商品頁寫超音波清洗要確認洗板水耐超音波振盪,不起泡。零件耐不耐,由零件製造商與您自己的驗證決定。
- ESD 毛刷:商品頁寫的用途是除塵;用來塗助焊劑,是產線上的做法,不是商品頁寫的用途。
- 本文的整理與建議:以下是本文依來源整理、來源沒有這樣寫的:把植球拆成「決定要不要植、取下舊球、植新球、過爐、清洗檢查留紀錄」五個階段;先寫「為什麼要植」;先把檢查通過的標準寫下來;植完球先用顯微鏡看再過爐;選方法主要看量與設備(論文只說方法之間壽命沒有差別);等待時間要限制並放進受控的盒子;標示「已植球」與另開子批號;重工後仍不合格就報廢,要再重工先拿到客戶同意;紀錄要含的欄位。
- 產線實務:產線實務的做法依各廠條件不同,請以您的製程驗證為準。
- 範圍:本文不談 BGA 裝回電路板的細節(鋼板印刷、對位、重工台設定)、BGA 以外的零件重工、封裝廠的量產植球、焊點失效分析,也不談重工品的保固與售後責任。
- 設備與商品:規格以各商品頁為準。本文只列嘉鴻商品頁寫得到的項目;其他請洽詢。價格與庫存,請洽詢。
本文為一般情況的歸納,不是標準條文的轉述,也不是對某一家廠商、設備廠或服務商的背書,更不是對您產品與製程的擔保。請以您客戶的規範、零件製造商的書面規格、所在地的法規,以及您自己的驗證為準;此為一般情況,仍需視個案而定。