BGA封裝技術(shù)的焊接和檢驗(yàn)方法

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，電子產(chǎn)品開始朝著輕量化，薄型化，小型化和先進(jìn)功能的方向發(fā)展。經(jīng)過幾代升級，芯片封裝技術(shù)使芯片面積與封裝面積之比約為1，其中BGA（球柵陣列）已成為一種已進(jìn)入實(shí)用階段的高密度封裝技術(shù)。如何保證BGA焊接質(zhì)量的可靠性，如何檢測BGA的質(zhì)量以及如何對有缺陷的BGA進(jìn)行返工對BGA SMT（表面貼裝技術(shù)）組件至關(guān)重要，所有制造商必須完全了解其解決方案將在本文中討論。

BGA封裝技術(shù)

BGA封裝在底部包含許多球形凸起管或在上表面。由于凸塊，封裝體和基座之間實(shí)現(xiàn)了互連。作為一種先進(jìn)的封裝技術(shù)，BGA具有較大的引線空間和較短的引線，通過分布I/O端，在封裝體底部起到球或柱的作用。

基于不同的封裝材料，BGA元件可分為PBGA（塑料BGA），CBGA（陶瓷BGA），CCBGA（陶瓷柱BGA），TBGA（帶BGA）和CSP（芯片級封裝）。

QFP（四方扁平封裝）組件，BGA組件具有以下屬性：
a。 I/O端間距很大，BGA可以保持更多的I/O端。
b。更高的封裝可靠性，更低的焊接缺陷和更堅固的焊點(diǎn)。
c。 BGA芯片在焊點(diǎn)之間具有較大的間距，因此對準(zhǔn)和焊接不會因?qū)?zhǔn)放大系統(tǒng)而變得困難。 BGA焊接的共面性得到保證，因?yàn)楹噶蠒谌刍笞詣友a(bǔ)償芯片和PCB之間的平面誤差。由于焊接點(diǎn)較小，自感和互感較低，因此具有優(yōu)異的電氣特性和頻率特性。
f。能夠?qū)崿F(xiàn)自動自對準(zhǔn)和焊接接頭之間的張力，從而實(shí)現(xiàn)出色的自定心效果，從而實(shí)現(xiàn)高可靠性。它的主要缺點(diǎn)在于它們的檢查和返工相對難以進(jìn)行。

BGA裝配

魚骨圖關(guān)于含有BGA組分的PCB板制造過程中元素的說明如下所示。

根據(jù)上述魚骨，BGA SMT與焊膏，元件，PCB，絲網(wǎng)印刷和焊接緊密相關(guān)，其中焊接項(xiàng)目是回流焊接過程中最難處理的。

影響回流焊接的關(guān)鍵因素在于溫度曲線設(shè)定。具體方法是在位于PCB背面的BGA中心的某個焊盤位置打開一個孔，然后將熱電偶探針穿過PCB板底部的孔，并將其粘在焊盤的背面并固定用高溫膠帶。接下來，將參數(shù)設(shè)置良好的回流焊溫度曲線測試儀與托盤和探頭一起放入回流焊爐中。經(jīng)過比較和分析，得到最佳溫度曲線。

回流溫度曲線由四個階段組成：預(yù)熱階段，保溫階段，回流階段和冷卻階段。加熱過程和溫度曲線應(yīng)使封裝達(dá)到回流溫度，然后在焊球與焊盤產(chǎn)生的金屬間化合物熔化后回落到焊盤的溫度。加熱不一致會導(dǎo)致封裝不均勻地掉落或傾向于回流焊接的一側(cè)或一角，導(dǎo)致非共面性和焊接不充分。

BGA方面也應(yīng)強(qiáng)調(diào)以下兩個方面。焊接：

a。預(yù)烘烤

塑料包裝通常會吸收濕氣。如果芯片在吸收空氣中的濕氣后立即被加熱，則水分?jǐn)U散將導(dǎo)致芯片內(nèi)部的空腔。因此，塑料包裝的一般烘烤條件在100°C下持續(xù)6到8小時。

b。氧化

在應(yīng)用之前，應(yīng)檢查BGA組件以確保其引腳清潔并且不會發(fā)生氧化。

BGA檢驗(yàn)方法

a。 BGA缺陷和檢查方法

焊接后，BGA組件可能會因組件，組裝設(shè)備，環(huán)境和焊接技術(shù)而出現(xiàn)不同的缺陷。領(lǐng)先的BGA缺陷包括未對準(zhǔn)，松動焊接，開路，冷焊，橋接，短路和空腔。此外，BGA焊球可能還存在一些問題，例如缺失或掉落以及尺寸不均勻。對于BGA檢測，由于焊球低于芯片，因此在焊接后很難判斷焊接質(zhì)量。傳統(tǒng)的目視檢查無法確定焊接接頭內(nèi)是否有缺陷或空洞。必須使用專業(yè)的檢測設(shè)備來清楚地判斷焊點(diǎn)的質(zhì)量。

在SMT組裝中利用BGA組件后，通常所依賴的檢查方法包括電氣測試，邊界掃描和X射線檢查。傳統(tǒng)的電氣測試能夠掃描開路和短路缺陷。邊界掃描技術(shù)取決于基于邊界掃描設(shè)計的檢查端口，可以訪問邊界連接器上的每個焊點(diǎn)，從而可以檢查組件上的開路和短路。雖然邊界掃描能夠檢查比電氣測試更廣泛的隱形焊點(diǎn)，但這兩種方法僅測試電氣性能而不會達(dá)到焊接質(zhì)量檢查。為了保證和提高制造工藝的質(zhì)量，必須依靠其他方法進(jìn)行焊接質(zhì)量檢查，尤其是那些看不見的焊點(diǎn)。 AXI（自動X射線檢測）可以有效地解決問題，并且可以進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以確保過程控制的質(zhì)量和實(shí)時反饋。

灣最佳BGA焊點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)

最佳BGA焊點(diǎn)應(yīng)光滑，邊界清晰，無空隙，直徑，體積，灰度和對比度應(yīng)保持在所有焊點(diǎn)之間完全對齊，不產(chǎn)生焊球。與最佳BGA焊點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)相比，合格的BGA焊點(diǎn)具有更低的要求。

?不對中。 X射線檢查裝置能夠清楚地指示BGA焊球是否與PCB板上的焊盤位置精確兼容。可以允許小于25％的位移。

?松散的焊接接頭。 BGA焊接不允許松動的焊接接頭。

?開路和冷焊接接頭。當(dāng)焊料不與相應(yīng)的焊盤接觸或焊料不良流動時，可能會發(fā)生開路和冷焊接接頭。 BGA焊接不允許開路和冷焊接接頭。

?橋接和短路。當(dāng)焊料過量或不適當(dāng)?shù)胤胖脮r，可能會發(fā)生橋接和短路。至于BGA焊點(diǎn)，不允許橋接和短路。

?腔。有關(guān)腔的問題有點(diǎn)復(fù)雜。 X射線檢查裝置能夠在BGA部件組件上展示空腔。以下提示可作為判斷標(biāo)準(zhǔn)：

1、產(chǎn)生空腔的原因

①在焊接BGA焊球之前可以使用空腔，這可能來自焊球制造或焊膏成分。
②如果通孔是設(shè)計為墊下，外部空氣通過孔進(jìn)入熔化焊球，冷卻后形成空腔。
③焊盤表面有不良涂層或焊盤污染。
④回流焊溫度曲線設(shè)置不合適。

2、空腔的最佳標(biāo)準(zhǔn)

空腔中的空氣可能會產(chǎn)生收縮和膨脹的應(yīng)力效應(yīng)?？斩窗l(fā)生的地方將是應(yīng)力集中，這可能是應(yīng)力裂縫的根本原因。帶有空腔的BGA焊接接頭可能會導(dǎo)致技術(shù)問題，例如失效。根據(jù)IPC對BGA焊點(diǎn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，焊盤上的空腔不應(yīng)比焊球面積大10％，即空腔直徑不應(yīng)大于焊球直徑的30％。