00220BGA檢測技術(shù)與質(zhì)量控制

1、bga檢測技術(shù)與質(zhì)量控制摘要：從生產(chǎn)過種中的質(zhì)量控制角度出發(fā)，探討了目前一些生產(chǎn)中應(yīng)用于球柵封裝（bga）的檢測方法和實用系統(tǒng)，詳細倫述x射線檢測系統(tǒng)的開發(fā)及原理及研究應(yīng)用狀況，指出掌握和提高檢測技術(shù)，將能有效控制bga的焊接和組裝質(zhì)量。關(guān)鍵詞：表面組裝技術(shù)；球柵陣列封裝；x射線；質(zhì)量控制 bga技術(shù)是將原來器件 plcc/qfp封裝的“ j”形或翼形引線，改變成球形引腳；把從器件本體四周“單線性 ”順列引出的引線，改變成本體腹底之下“全平面 ”式的格柵陣排列。這樣既可以疏散引腳間距，又能夠增加引腳數(shù)目。同時 bga封裝還有如下一些優(yōu)點；減少引腳缺陷，改善共面問題，減小引線間電感及電容，增強電

2、性能及散熱性能。正因如此，所以在電子元器件封裝領(lǐng)域中， bga技術(shù)被廣泛應(yīng)用。尤其是近些年來，以 bga技術(shù)封裝的元器件在市場上大量出現(xiàn)，并呈現(xiàn)高速增長的趨勢。雖然 bga技術(shù)在某些方面有所突破，但并非是十全十美的。由于 bga封裝技術(shù)是一種新型封裝技術(shù)，與 qfp技術(shù)相比，有許多新技術(shù)指標(biāo)需要得到控制。另外，它焊裝后焊點隱藏在封裝之下，不可能 100目測檢測表面安裝的焊接質(zhì)量，為 bga安裝質(zhì)量控制提出了難題。下面就國內(nèi)外對這方面技術(shù)的研究、開發(fā)應(yīng)用動態(tài)作些介紹和探討。 1. bga焊前檢測與質(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，任何缺陷都會導(dǎo)致 bga封裝元器件在印制電

3、路板焊裝過程出現(xiàn)差錯，會在以后的工藝中引發(fā)質(zhì)量問題。封裝工藝中所要求的主要性能有 :封裝組件的可靠性；與 pcb的熱匹配性；焊料球的共面性；對熱、濕氣的敏感性；是否能通過封裝體邊緣對準(zhǔn)性，以及加工的經(jīng)濟性等。需指出的是， bga基板上的焊球無論是通過高溫焊球（90pb/10sn）轉(zhuǎn)換，還是采用球射工藝形成，焊球都有可能掉下丟失，或者形成過大、過小，或者發(fā)生焊料橋接、缺損等情況。因此，在對 bga進行表面貼裝之前，需對其中的一些指標(biāo)進行檢測控制。英國 scantron 公司研究和開發(fā)的 proscan1000,用于檢查焊料球的共面性、封裝是否變形以及所有的焊料球是否都在。 proscan1000

4、采用三角激光測量法，測量光束下的物體沿 x軸和 y軸移動，在 z軸方向的距離，并將物體的三維表面信息進行數(shù)字化處理，以便分析和檢查。該軟件以 2000點/s的速度掃描 100萬個數(shù)據(jù)點，直到亞微米級。掃描結(jié)果以水平、等量和截面示圖顯示在高分辯率 vga監(jiān)視器上。 prosan1000還能計算表面粗糙度參數(shù)、體積、表面積和截面積。 2. bga焊后質(zhì)量檢測使用球柵陣列封裝（ bga）器給質(zhì)量檢測和控制部門帶來難題：如何檢測焊后安裝質(zhì)量。由于這類器件焊裝后，檢測人員不可能見到封裝材料下面的部分，從而使用目檢焊接質(zhì)量成為空談。其它如板截芯片（ oob）及倒裝芯片安裝等新技術(shù)也面臨著同樣的問題。而且與

5、 bga器件類似， qfp器件的 rf屏蔽也擋住了視線，使目檢者看不見全部焊點。為滿足用戶對可靠性的要求，必須解決不可見焊點的檢測問題。光學(xué)與激光系統(tǒng)的檢測能力與目檢相似，因為它們同樣需要視線來檢測。即使使用 qfp自動檢測系統(tǒng) aoi (automated optical inspection)也不能判定焊接質(zhì)量，原因是無法看到焊接點。為解決這些問題，必須尋求其它檢測辦法。目前的生產(chǎn)檢測技術(shù)有電測試、邊界掃描及 x射線檢測。 2.1電測試傳統(tǒng)的電測試是查找開路與短路缺陷的主要方法。其唯一目的是在板的預(yù)置點進行實際的電連接，這樣便可以提供使信號流入測試板、數(shù)據(jù)流入 ate的接口。如果印制電路板

6、有足夠的空間設(shè)定測試點，系統(tǒng)也可檢查器件的功能。測試儀器一般由微機控制，檢測每塊 pcb時，需要相應(yīng)的針床和軟件。對于不同的測試功能，該儀器可提供相應(yīng)工作單元來進行檢測。例如，測試二極管、三極管直流電平單元；測試電容、電感時用交流單元；而測試低數(shù)值電容、電感及高阻值電阻時用高頻信號單元。但在封裝密度與不可見焊點數(shù)量都大量增加時，尋找線路節(jié)點則變得昂貴、不可靠。 2.2 邊界掃描檢測邊界掃描技術(shù)解決了一些與復(fù)雜器件及封裝密度有關(guān)的問題。采用邊界掃描技術(shù)，每一個 ic器件設(shè)計有一系列寄存器，將功能線路與檢測線路分離開，并記錄通過器件的檢測數(shù)據(jù)。測試通路檢查 ic器件上每一個焊接點的開路、短路情況。

7、基于邊界掃描設(shè)計的檢測端口，通過邊緣連接器給每個焊點提供一條通路，從而免除全節(jié)點查找的需要。盡管邊界掃描提供了比電測試更廣的不可見焊點檢測范圍，但也必須為掃描檢測專門設(shè)計印制電路板與 ic器件。電測試與邊界掃描檢測主要用以測試電性能，卻不能較好地檢測焊接質(zhì)量。為提高并保證生產(chǎn)過程中的質(zhì)量，必須尋找其它方法來檢測焊接質(zhì)量，尤其是不可見焊點的質(zhì)量。 2.3 x射線測試另一種檢測方法是 x射線檢測法，換言之， x射線透視圖可顯示焊接厚度、形狀及質(zhì)量的密度分布。厚度與形狀不僅是反映長期結(jié)構(gòu)質(zhì)量的指標(biāo)，在測定開路、短路缺陷及焊接不足方面，也是很好的指標(biāo)。此技術(shù)有助于收集量化的過程參數(shù)并檢測缺陷。在今天這

8、個生產(chǎn)競爭的時代，這些補充數(shù)據(jù)有助于降低新產(chǎn)品開發(fā)費用，縮短投放市場的時間。（1）x射線圖像檢測原理 x射線由一個微焦點 x射線管產(chǎn)生，穿過管殼內(nèi)的一個鈹窗，并投射到試驗樣品上。樣品對 x射線的吸收率或透射率取決于樣品所包含材料的成分與比率。穿過樣品的 x射線轟擊到 x射線敏感板上的磷涂層，并激發(fā)出光子，這些光子隨后被攝像機探測到，然后對該信號進行處理放大，由計算機進一步分析或觀察。不同的樣品材料對 x射線具有不同的不透明系數(shù)見表 2.處理后的灰度圖像顯示了被檢查的物體密度或材料厚度的差異。表2不同材料對 x射線的不透明度系數(shù)材料（2）人工 x射線檢測使用人工 x射線檢測設(shè)備，需要逐個檢查焊點

9、并確定其是否合格。該設(shè)備配有手動或電腦轉(zhuǎn)輔助裝置使組件傾斜，以便更好地進行檢測和攝像。詳細定義的標(biāo)準(zhǔn)或目視檢測圖表可指導(dǎo)評估圖像。但通常的目視檢測要求培訓(xùn)操作人員，并且容易出錯。此外，人工設(shè)備并不適合對全部焊點進行檢測，而只適合工藝鑒定和工藝故障分析。（3）自動檢測系統(tǒng)全自動系統(tǒng)能對全部焊點進行檢測。雖然已定義了人工檢測標(biāo)準(zhǔn)，但全自動系統(tǒng)的復(fù)測正確度比人工 x射線檢測方法高得多。自動檢測系統(tǒng)通常用于產(chǎn)量高且品種少的生產(chǎn)設(shè)備上，具有高價值或要求可靠性的產(chǎn)品也需要進行自動檢測。檢測結(jié)果與需要返修的電路板一起送給返修人員。這些結(jié)果還能提供相關(guān)的統(tǒng)計資料，用于改進生產(chǎn)工藝。自動檢測系統(tǒng)需要設(shè)置正確的檢

10、測參數(shù)。大多數(shù)新系統(tǒng)的軟件中都定義了檢測指標(biāo)，但必須重新制訂，要適應(yīng)以生產(chǎn)工藝中所特有的因素。否則可能錯誤的信息并且降低系統(tǒng)的可靠性。自動 x射線分層系統(tǒng)使用了三維剖面技術(shù)。該系統(tǒng)能夠檢測單面板和雙面板表面貼裝電路板，而沒有傳統(tǒng)的 x射線系統(tǒng)的局限性。系統(tǒng)通過軟件定義了所要檢查焊點的面積和高度，把焊點剖成不同的截面，從而為全部檢測建立完整的剖面圖。目前已有兩種檢測焊接質(zhì)量的自動測試系統(tǒng)統(tǒng)上市：傳輸 x射線測試系統(tǒng)與斷面 x射線自動測試系統(tǒng)。傳輸 x射線系統(tǒng)源于 x射線束沿通路復(fù)合吸收的特性。對 smt的某些焊接，如單面 pcb上的 j型引線與細間距 qfp，傳輸 x射線系統(tǒng)是測定焊接質(zhì)量最好的

11、方法，但它卻不能區(qū)分垂直重疊的特征。因此，傳輸 x射線透視圖中， bga器件的焊縫被其引線的焊球遮掩。對于 rf屏蔽之下的雙面密集型 pcb及元器件的不可見焊接，也存在這類問題。斷面 x射線測試系統(tǒng)克服了傳輸 x射線測試系統(tǒng)的眾多問題。它設(shè)計了一個聚焦斷面，并通過使目標(biāo)區(qū)域上下平面散焦的方法，將 pcb的水平區(qū)域分開。該系統(tǒng)的成功在于只需較短的測試開發(fā)時間，就能準(zhǔn)確檢測出焊接缺陷。就多數(shù)線路板而言，“無夾具”也有助于減少在產(chǎn)品檢測上所花的精力。對于小體積的復(fù)雜產(chǎn)品，制造廠商最好使用斷面 x射線測試系統(tǒng)。雖然所有方法都可檢查焊接點，但斷面 x射線測試系統(tǒng)提供了一種非破壞性的測試方法，可檢測所有類

12、型的焊接質(zhì)量，并獲得有價值的調(diào)整組裝工藝的信息。（4）選擇合適的 x射線檢測系統(tǒng)選擇適合實際生產(chǎn)應(yīng)用的。有較高性能價格比 x射線檢測系統(tǒng)以滿足質(zhì)量控制需要是一項十分重要的工作。最近較新的超高分辯率 x射線系統(tǒng)在檢測及分析缺陷方面已達微米水平，為生產(chǎn)線上發(fā)現(xiàn)較隱蔽的質(zhì)量問題（包括焊接缺陷）提供了較全面的、也比較省時的解決方案。在決定購買檢測 x射線系統(tǒng)之前。一定要了解系統(tǒng)所需的最小分辯率，見表 3。與些同時也就決定了所要購置的系統(tǒng)的大致價格。當(dāng)然，設(shè)備放置、人員配備等因素也要在選購時全盤考慮。表3不同分辯能力的 x射線系統(tǒng)的應(yīng)用 4結(jié)束語隨著 bga封裝器件的出現(xiàn)并大量進入市場，針對高封裝密度、

13、焊點不可見等特點，電子廠商為控制 bgas的焊裝質(zhì)量，需充分應(yīng)用高科技工具、手段，努力掌握和大力提高檢測技術(shù)水平。使用新的工藝方法能有與之相適應(yīng)、相匹配的檢測手段。只有這樣，生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題才能得到控制中。而且，把檢測過程中反映出來的問題反饋到生產(chǎn)工藝中去加以解決，將會使生產(chǎn)更加順暢，減少返修工作量。參考文獻： 1 王衛(wèi)平，電子工藝基礎(chǔ) m.北京：電子工業(yè)出版社， 1997.162-181。 2 宜大榮。表面組裝技術(shù) m.北京：電子工業(yè)出版社， 1995。 3 robert marts c.trends in ic packaging and advanced assemblyj.electronic