在电子制造领域，PBCA（塑料球栅阵列封装）、BGA（球栅阵列封装）封装技术因其高密度、高性能、散热良好等优势被广泛应用。由于其封装材料的吸湿性，BGA封装在存储、运输及生产过程中极易吸收空气中的水分。在后续的焊接等高温工序中，芯片内部的水分会迅速汽化膨胀，导致芯片膨胀、变形、开裂、分层、剥离、微裂纹等内部缺陷，严重影响芯片的性能和寿命。对PBCA、BGA封装进行烘烤处理，去除内部水分，是确保其在后续工序中性能稳定、可靠的关键步骤。
一、PBCA、BGA封装烘烤的目的
1、去除湿气
PBCA、BGA芯片在制造、运输及存储过程中，易受环境湿度影响而吸收水分。这些水分若未被去除，在贴片焊接时，高温会使水分迅速汽化膨胀，产生巨大应力，导致芯片封装开裂、焊点失效或内部电路损坏等问题。根据IPC标准，芯片内部的水分含量应控制在一定范围内，以确保焊接过程的安全性。烘烤能使芯片内部水分逐渐蒸发，降低焊接时的潜在风险。
2、提高焊接质量
烘烤过程中，芯片表面的氧化物和污染物会随水分蒸发而减少，改善芯片引脚的可焊性，使焊料能更好地与引脚结合，提高焊接质量和可靠性。干燥的芯片在焊接时，焊点形成良好，焊料能更好地润湿焊盘和芯片引脚，减少虚焊、假焊等缺陷，提高焊接的电气性能和机械强度。研究表明，经过烘烤处理的芯片，其焊接强度可提高30%以上。
3、增强芯片可靠性
去除湿气可减缓芯片内部化学反应速率，如金属化线之间的腐蚀、漏电等，降低芯片故障风险，提高长期使用过程中的稳定性和可靠性。烘烤还能使芯片内部材料分子重新排列，释放应力，防止芯片开裂，提高机械性能。实验表明，经过烘烤处理的芯片，在高温高湿环境下的使用寿命可延长2倍以上。
二、PBCA、BGA封装烘烤适用的烘箱类型
1、充氮烘箱
充氮烘箱通过向烘箱内充入氮气，降低氧气含量，从而减少氧化反应。这种烘箱适用于对氧化敏感的芯片，能够有效保护芯片表面不受氧化。其特点是能够提供一个低氧环境，减少芯片在高温烘烤过程中的氧化风险，但设备成本和运行成本相对较高。充氮烘箱的氮气流量和压力可调节，能够根据芯片的特性和烘烤要求进行优化。在一些高端芯片制造中，充氮烘箱是不可或缺的设备。
2、高温烤箱
高温烤箱适用于在较高温度下进行短时间的烘烤处理。这种烤箱通常具有快速升温和降温的功能，能够提高烘烤效率。其特点是能够快速达到所需的高温环境，适合对烘烤时间要求较短的BGA芯片。高温烤箱的温度范围通常在100℃至300℃之间，能够满足大多数BGA芯片的烘烤要求。在一些快速生产线中，高温烤箱的应用非常广泛。
3、洁净无氧烘箱
洁净无氧烘箱特别适用于对烘烤环境要求极高的芯片，如精密电子元件、半导体芯片等。这种烘箱通过充入惰性气体（如氮气）来形成高温、低氧、洁净的烘烤环境，从而有效避免芯片在烘烤过程中受到污染和氧化。其特点是能够提供一个高度洁净和低氧的烘烤环境，确保芯片在烘烤过程中不受污染。洁净无氧烘箱的内部结构设计合理，能够有效防止灰尘和其他杂质的进入，确保烘烤环境的清洁度。
4、真空烘箱
真空烘箱通过抽真空来降低烘箱内的压力，从而加速水分的蒸发和有机物的分解。真空烤箱适用于需要去除芯片内部的有机污染物或提高烘烤效率的场合。其特点是能够在较低的温度下实现高效的烘烤，减少高温对芯片的潜在损害。真空烘箱的真空度可调节，能够根据芯片的特性和烘烤要求进行优化。在一些对温度敏感的芯片制造中，真空烘箱是理想的选择。
5、热风循环烘箱
热风循环烘箱是目前最为常见的烘烤设备。通过热风在烘箱内的循环流动，使热量分布更加均匀，确保BGA芯片受热均匀，提高烘烤效果。这种烘箱的温度控制精度较高，能够满足SMT元器件烘烤的温度要求，且容量较大，适合大批量BGA芯片的烘烤处理。热风循环烘箱的内部结构设计合理，能够确保热风的均匀分布，提高烘烤效率。在一些大规模生产线上，热风循环烘箱的应用非常广泛。
三、PBCA、BGA封装烘烤工艺参数优化
1、温度控制
烘烤温度是影响烘烤效果的关键因素。温度过高可能导致芯片内部材料的热分解或氧化，而温度过低则无法有效去除水分。根据IPC标准和芯片制造商的建议，烘烤温度通常在100℃至150℃之间。在实际操作中，应根据芯片的特性和吸湿性进行优化。例如，对于吸湿性较强的芯片，可适当提高烘烤温度，但应确保不超过芯片的耐热温度。
2、时间控制
烘烤时间应根据芯片的吸湿性和烘烤温度进行调整。一般来说，烘烤时间越长，水分去除效果越好，但过长的烘烤时间会增加生产成本和芯片的热损伤风险。根据IPC标准，烘烤时间通常在2小时至24小时之间。在实际操作中，应通过实验确定最佳的烘烤时间。例如，对于吸湿性较强的芯片，可适当延长烘烤时间，但应确保不超过芯片的耐热时间。
3、气氛控制
烘烤气氛对芯片的烘烤效果也有重要影响。不同的烘箱类型提供了不同的气氛环境，如充氮烘箱提供低氧环境，真空烘箱提供真空环境等。在实际操作中，应根据芯片的特性和烘烤要求选择合适的气氛环境。例如，对于对氧化敏感的芯片，应选择充氮烘箱进行烘烤；对于需要去除有机污染物的芯片，应选择真空烘箱进行烘烤。
4、湿度控制
烘烤环境的湿度对芯片的烘烤效果也有重要影响。在烘烤过程中，应尽量保持烘箱内的湿度较低，以加速水分的蒸发。一些高端烘箱配备了湿度控制系统，能够实时监测和调节烘箱内的湿度。在实际操作中，应根据芯片的特性和烘烤要求进行湿度控制。例如，对于吸湿性较强的芯片，应选择湿度较低的烘箱进行烘烤。
PBCA、BGA封装的烘烤工艺对于确保芯片在后续工序中的性能和可靠性至关重要。通过烘烤去除芯片内部的湿气，有效防止焊接过程中因水分汽化而产生的各种缺陷，提高焊接质量，增强芯片的机械性能和电气性能。在实际操作中，应根据不同的情况选择合适的烘箱设备，严格执行烘烤标准和烘烤工艺，确保芯片在后续工序中的稳定性和可靠性，提升电子产品的整体质量和性能。
