采用BGA技術(shù)封裝器件的性能優(yōu)于常規(guī)的元器件，但是許多生產(chǎn)廠家仍然不愿意投資開(kāi)發(fā)大批量生產(chǎn) BGA 器件，究其原因主要是 BGA 器件焊接點(diǎn)的測(cè)試相當(dāng)困難，不容易保證因其質(zhì)量和可靠性。

器件焊接點(diǎn)檢測(cè)中存在的問(wèn)題

目前，中等規(guī)模到大規(guī)模采用BGA器件進(jìn)行電子封裝的廠商，主要是采用電子檢測(cè)的方式來(lái)篩選 BGA 器件的焊接缺陷。在BGA器件裝配工藝過(guò)程中控制質(zhì)量和鑒別缺陷的方法包括在焊劑漏印(Paste Screen)上取樣測(cè)試和使用X射線進(jìn)行裝配后的最終檢驗(yàn)，以及電子測(cè)試的結(jié)果分析。

對(duì)BGA 器件的電子測(cè)試是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)，因?yàn)樵贐GA器件下面定測(cè)試點(diǎn)是困難的，在檢查和鑒別BGA 器件的缺陷方面，電子測(cè)試通常是無(wú)能為力的，這在很大程度上增加了用于排除缺陷和返修時(shí)的費(fèi)用支出。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，采用電子測(cè)試方式對(duì)BGA器件進(jìn)行測(cè)試，從印制電路板裝配線上剔除的所有BGA 器件當(dāng)中，50%以上實(shí)際上并不存在缺陷，因而也就不應(yīng)該被剔除掉。對(duì)其相關(guān)界面的仔細(xì)研究能夠減少測(cè)試點(diǎn)和提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，但是這要求增加管芯級(jí)電路以提供所需要的測(cè)試電路。在檢測(cè) BGA器件缺陷的過(guò)程中，電子測(cè)試僅能確定在 BGA 連接時(shí)，判斷導(dǎo)電電流的通、斷，如果輔助于非物理焊接點(diǎn)測(cè)試，將有助于封裝工藝過(guò)程的改善和進(jìn)行SPC(統(tǒng)計(jì)工藝控制)。

BGA器件的封裝是一種基本的物理連接工藝過(guò)程。為了能夠確定和控制這樣一個(gè)工藝過(guò)程的質(zhì)量，要求了解和測(cè)試影響可靠性的物理因素，如焊料量、導(dǎo)線和焊盤(pán)的定位情況以及潤(rùn)濕性，不能僅基于電子測(cè)試所產(chǎn)生的結(jié)果就進(jìn)行修改。

BGA期間的焊前檢測(cè)和質(zhì)量控制

生產(chǎn)中的質(zhì)量控制非常重要，尤其是在BGA封裝中，任何缺陷都會(huì)導(dǎo)致BGA封裝元器件在印制電路板焊裝過(guò)程出現(xiàn)差錯(cuò)，會(huì)在以后的工藝中引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題?；寤蛑虚g層是BGA封裝中非常重要的部分，除了用于互連布線以外，還可用于阻抗控制及用于電感／電阻／電容的集成。因此要求基板材料具有高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度rS(約為175~230℃)、高的尺寸穩(wěn)定性和低的吸潮性，具有較好的電氣性能和高可靠性。金屬薄膜、絕緣層和基板介質(zhì)間還要具有較高的粘附性能。細(xì)間距元件的局限性在于其引線容易彎曲折斷，容易損壞，對(duì)引線的共面性和安裝精度提出了很高的要求。BGA包裝技術(shù)采用了一種新的設(shè)計(jì)思維模型，即在包裝下隱藏圓形或圓柱形焊球，導(dǎo)線間距較大，導(dǎo)線較短。

BGA組件的可靠性和SMT組件的性能優(yōu)于普通SMD(表面安裝器件)。BGA組件的唯一問(wèn)題是焊點(diǎn)測(cè)試?yán)щy，質(zhì)量和可靠性難以確保。因此，在對(duì)BGA進(jìn)行表面貼裝之前，需對(duì)其中的一些指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)控制。

BGA器件檢測(cè)方式的探索

（凸點(diǎn)剪切力測(cè)試）

試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本試驗(yàn)的目的是通過(guò)破壞性剪切測(cè)試評(píng)估倒裝焊直徑不大于80 m 點(diǎn)的抗切能力

試驗(yàn)設(shè)備

剪切力測(cè)試設(shè)備應(yīng)使用校準(zhǔn)的負(fù)載單元或傳感器。設(shè)備的最大負(fù)載能力應(yīng)不小于凸點(diǎn)最大剪切力的1.1倍,尊切工具的受力面寬度應(yīng)達(dá)到凸點(diǎn)直徑 1.1 倍以上,設(shè)備應(yīng)能提供并記錄施加于凸點(diǎn)的剪切力，也應(yīng)能對(duì)負(fù)載提供規(guī)定的移動(dòng)速率。

試驗(yàn)程序（安裝）

在試驗(yàn)設(shè)備上安裝剪切工具和試驗(yàn)樣品,使凸點(diǎn)可以被平行于芯片表面的剪切工具剪切,如圖 4 所示。應(yīng)小心安放芯片而不對(duì)凸點(diǎn)造成損傷,且不使芯片變形。

在試驗(yàn)前,采用金相顯微鏡對(duì)凸點(diǎn)進(jìn)行檢查。保證它們的形狀完好,無(wú)助焊劑殘留或其他污染物受剪切試驗(yàn)設(shè)備的限制,受試凸點(diǎn)鄰近的凸點(diǎn)(和在剪切工具行進(jìn)路徑上)有可能需要先從樣品上移去。如果鄰近的凸點(diǎn)需要去除,則凸點(diǎn)的殘留物高度應(yīng)足夠低，以保證剪切工具在行進(jìn)過(guò)程中不會(huì)碰觸到殘留的凸點(diǎn)。圖 5 是典型用于剪切試驗(yàn)的受試樣品。

凸點(diǎn)剪切（剪切工具）

剪切工具應(yīng)由堅(jiān)硬的剛性材料、陶瓷或其他非易彎曲的材料構(gòu)成。

根據(jù)受試凸點(diǎn)的尺寸選擇合適的剪切工具,剪切工具應(yīng)和芯片表面成 90°5”。將剪切工具和凸點(diǎn)對(duì)齊,使其可以接觸凸點(diǎn)的一側(cè)。最好使用可移動(dòng)的試驗(yàn)臺(tái)和工具臺(tái)進(jìn)行對(duì)齊,并使移動(dòng)平面垂直于負(fù)載方向。應(yīng)特別注意，在試驗(yàn)安裝中不應(yīng)碰觸到進(jìn)行試驗(yàn)的凸點(diǎn)。

由于頻繁使用會(huì)造成剪切工具磨損,從而影響試驗(yàn)結(jié)果。如果剪切工具有明顯的磨損,如圖 6 所示,則應(yīng)替換。

剪切高度

剪切力和失效模式受剪切工具高度的影響。為保證試驗(yàn)結(jié)果的有效性,應(yīng)對(duì)任何檢驗(yàn)批進(jìn)行相同條件的剪切試驗(yàn)，剪切工具高度設(shè)置應(yīng)一致。

剪切高度不低于凸點(diǎn)高度的10%，剪切示意圖如圖 7 所示

剪切速度

凸點(diǎn)剪切過(guò)程中應(yīng)保持恒定速率,直到剪切力下降到最大值的 25%以下,或直到剪切工具的移動(dòng)距離超過(guò)凸點(diǎn)直徑。

剪切試驗(yàn)的速度一般為0.1 mm/s~0.8 mm/s。

剪切力

試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)包括凸點(diǎn)剪切力的最大值、最小值、平均值以及標(biāo)準(zhǔn)偏差。完成足夠的數(shù)據(jù)測(cè)量后,應(yīng)建立有代表性的基于平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的失效判據(jù)。

凸點(diǎn)剪切力數(shù)值應(yīng)滿足應(yīng)用條件所要求的最小值

失效判據(jù)

凸點(diǎn)剪切共有4 種失效模式(見(jiàn)表 1),模式1和2 為合格失效模式,模式3 和 4 為不合格失效模式一般情況下,使用獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)評(píng)估失效模式,如果出現(xiàn)比較低的凸點(diǎn)剪切力值或多種失效模式。應(yīng)對(duì)斷裂面進(jìn)行詳細(xì)的檢查，一般使用金相顯微鏡在 500 倍及更高倍數(shù)下進(jìn)行觀察

說(shuō)明

有關(guān)采購(gòu)文件或詳細(xì)規(guī)范中應(yīng)規(guī)定以下內(nèi)容:

凸點(diǎn)最小剪切力可按“最小凸點(diǎn)剪切力值=焊盤(pán)面積X凸點(diǎn)焊料抗剪切強(qiáng)度”方法進(jìn)行計(jì)算:a)

試驗(yàn)的芯片數(shù)和凸點(diǎn)數(shù);

數(shù)據(jù)記錄要求。

以上就是科準(zhǔn)測(cè)控的技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)BGA的焊后檢測(cè)和質(zhì)量控制給出的檢測(cè)辦法，希望可以給大家?guī)?lái)幫助。如果您想了解更多關(guān)于BGA封裝器件焊點(diǎn)的檢測(cè)知識(shí)。那么，歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言，科準(zhǔn)團(tuán)隊(duì)為您免費(fèi)解答！

審核編輯 黃宇