bga器件及其焊點(diǎn)的質(zhì)量控制

1、BGA器件及其焊點(diǎn)的質(zhì)量控制隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會與電子技術(shù)息息相關(guān)，超小型移動電話、超小型步話機(jī)、便攜式計算機(jī)、存儲器、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、高清晰度電視機(jī)等都對產(chǎn)品的小型化、輕型化提出了苛刻的要求。要達(dá)到達(dá)一目標(biāo)，就必須在生產(chǎn)工藝、元器件方面著手進(jìn)行深入研究。SMT(SurfaceMountTechnology表面安裝)技術(shù)順應(yīng)了這一潮流，為實現(xiàn)電子產(chǎn)品的輕、薄、短、小打下了基礎(chǔ)。SMT技術(shù)進(jìn)入90年代以來，走向了成熟的

2、階段，但隨著電子產(chǎn)品向便據(jù)式／小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化方向的迅速發(fā)展，對電子組裝技術(shù)提出了更高的要求，新的高密度組裝技術(shù)不斷涌現(xiàn)，其中BGA(BallGridArray球柵陣列封裝)就是一項已經(jīng)進(jìn)入實用化階段的高密度組裝技術(shù)。本文試圖就BGA器件的組裝特點(diǎn)以及焊點(diǎn)的質(zhì)量控制作一介紹。1BGA技術(shù)簡介BGA技術(shù)的研究始于60年代，最早被美國IBM公司采用，但一直到90年代初，BGA才真正進(jìn)入實用化的階段。在80年代，人們對電子電路小型化和

3、IO引線數(shù)提出了更高的要求。雖然SMT使電路組裝具有輕、薄、短、小的特點(diǎn)，對于具有高引線數(shù)的精細(xì)間距器件的引線間距以及引線共平面度也提出了更為嚴(yán)格的要求，但是由于受到加工精度、可生產(chǎn)性、成本和組裝工藝的制約，一般認(rèn)為QFP(QuadFlatPack方型扁平封裝)器件間距的極限為0.3mm，這就大大限制了高密度組裝的發(fā)展。另外，由于精細(xì)間距QFP器件對組裝工藝要求嚴(yán)格，使其應(yīng)用受到了限制，為此美國一些公司就把注意力放在開發(fā)和應(yīng)用比QFP器

4、件更優(yōu)越的BGA器件上。精細(xì)間距器件的局限性在于細(xì)引線易彎曲、質(zhì)脆而易斷，對于引線間的共平面度和貼裝精度的要求很高。BGA技術(shù)采用的是一種全新的設(shè)計思維方式，它采用將圓型或者柱狀點(diǎn)隱藏在封裝下面的結(jié)構(gòu)，引線間距大、引線長度短。這樣，BGA就消除了精細(xì)間距器件中由于引線問題而引起的共平面度和翹曲的問題。JEDEC(電子器件工程聯(lián)合會)(JC11)的工業(yè)部門制定了BGA封裝的物理標(biāo)準(zhǔn)，BGA與QFD相比的最大優(yōu)點(diǎn)是IO引線間距大，已注冊的引

5、線間距有1.0、1.27和1.5mm，而且目前正在推薦由1.27mm和1.5mm間距的BGA取代0.4mm0.5mm的精細(xì)間距器件。BGA器件的結(jié)構(gòu)可按焊點(diǎn)形狀分為兩類：球形焊點(diǎn)和校狀焊點(diǎn)。球形焊點(diǎn)包括陶瓷球柵陣列CBGA(CeramicBallGridArray)、載帶自動鍵合球柵陣列TBGA(TapeAutomatecBallGridArray)塑料球柵陣列PBGA(PlasticBallArray)。CBGA、TBGA和PBGA是

6、按封裝方式的不同而劃分的。柱形焊點(diǎn)稱為CCGA(CeramicColumnGridArray)。BGA技術(shù)的出現(xiàn)是IC器件從四邊引線封裝到陣列焊點(diǎn)封裝的一大進(jìn)步，它實現(xiàn)了器件更小、引線更多，以及優(yōu)良的電性能，另外還有一些超過常規(guī)組裝技術(shù)的性能優(yōu)勢。這些性能優(yōu)勢包括高密度的IO接口、良好的熱耗散性能，以及能夠使小型元器件具有較高的時鐘頻率。組裝過程控制而言仍然是關(guān)鍵，但是可以考慮降低檢查的深入程度?？梢杂糜趯φ麄€BGA器件組裝工藝過程進(jìn)行

7、精確測量和質(zhì)量檢測的檢驗設(shè)備非常少，自動化的激光檢測設(shè)備能夠在元器件貼裝前測試焊劑的涂覆情況，但是它們的速度緩慢，不能用來檢驗BGA器件焊接點(diǎn)的再流焊接質(zhì)量。目前許多生產(chǎn)廠商用于分析電子測試結(jié)果的X射線設(shè)備，也存在能否測試BGA器件焊接點(diǎn)再流焊特性的問題。采用X射線裝置，在焊盤層焊料的圖象是“陰影”，這是由于在焊接點(diǎn)焊料處在它上方的緣故。在不可拆(noncollapsible)BGA器件中，由于前置焊球的緣故，也會出現(xiàn)“陰影”現(xiàn)象。例如

8、：當(dāng)BGA中接觸點(diǎn)升浮在印刷電路板焊盤的上方，產(chǎn)生斷路現(xiàn)象時，由于前面的前置焊球使得確定這一現(xiàn)象顯得非常困難。這是由于焊料或者前置焊球所引發(fā)的“陰影”效果限制了X射線設(shè)備的檢測工作，使之僅能粗略地反映BGA的工藝過程缺陷，例如：橋接現(xiàn)象。同時也影響到檢測邊緣部份的工藝缺陷，像焊料不足，或者由于污染引起的斷路現(xiàn)象。僅有橫截面X射線檢測技術(shù)，例如:X射線分層法，能夠克服上述條件的制約。橫截面X射線檢測技術(shù)具有能夠查出隱藏的焊接點(diǎn)缺陷的能力，

9、通過對焊盤層焊接點(diǎn)的聚焦，能夠揭示出BGA焊接點(diǎn)的連接情況。在同樣的情況下，采用X射線設(shè)各所獲得的圖像中，實際情況可能被隱藏掉了，從而不能夠反映出真實的情況。焊料的數(shù)量以及它在連接點(diǎn)的分布情況，通過在BGA連接點(diǎn)的二個或更多個不同的高度(例如：在印制電路板焊盤接觸面，在元器件接觸面，或者在元器件和印刷電路板之間的一半高度)所產(chǎn)生的橫截面圖像或者“水平切片”予以直接測量，再結(jié)合同類BGA連接點(diǎn)的多次切片測量，能夠有效地提供三維測試，可以在

10、對BGA連接點(diǎn)不進(jìn)行物理橫截面操作的情況下進(jìn)行檢測。根據(jù)BGA連接點(diǎn)的常規(guī)結(jié)構(gòu)，在每個橫截面X射線圖像“切片”內(nèi)，具體連接點(diǎn)的特征被進(jìn)行分離并予于以測量，從而提供定量的統(tǒng)計工藝控制(SPC)測量，SPC測量能夠用于追蹤過程偏移，以及將其特征歸入對應(yīng)的缺陷范疇。如圖1所示，超過三個圖像切片就能夠獲得不可拆B(yǎng)GA的焊接點(diǎn)情況，在圖1中“印刷電路權(quán)焊料切片”中心定位于印刷電路板焊盤界面上，低共熔點(diǎn)焊料焊接輪廓內(nèi)，“焊料球切片”中心定位引線焊球

11、(leadsolderball)內(nèi)，“元器件焊盤切片”中心定位于元器件界面的低共熔點(diǎn)焊料焊接輪廓線內(nèi)?？刹鹦禕GA焊接點(diǎn)，通過兩個或者更少的圖像“切片”就可以反映其全部特征，圖像“切片”中心可以定價于印刷電路板的焊盤界面處，也可以是在元器件界面處或者僅僅是在元器件和印刷電路板之間的一半位置處。通過X射線分層法切片，在BGA焊接點(diǎn)處可以獲取如下四個基本的物理超試參數(shù)：①焊接點(diǎn)中心的位置焊接點(diǎn)中心在不同圖像切片中的相對位置，表明元器件在印刷