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1、BGA 焊球虛焊檢測(cè)情況分析View X X-rayX光機(jī)一 焊接品質(zhì)優(yōu)良的BGA焊球(圖一)可看到“Dark Ring” 焊錫膏有良好“wetting”說(shuō)明:焊錫膏完全熔融并且完全wetting(潤(rùn)濕)電路板,形成“Dark Ring”效果。二 焊接品質(zhì)一般的BGA焊球(圖二)看不到“Dark Ring” 焊錫膏沒(méi)有“wetting”說(shuō)明:焊球大小正常,說(shuō)明焊錫膏完全熔融,但看不到“Dark Ring”,說(shuō)明焊錫膏沒(méi)有wetting(潤(rùn)濕)電路板,所以沒(méi)有形成“Dark Ring”效果。三 焊接品質(zhì)不佳的BGA焊球A 焊球明顯偏小焊球明顯偏小,四周發(fā)虛 OPEN三 焊接品質(zhì)不佳的BGA焊球B

2、 焊球明顯偏大,且看不到“Dark Ring” 焊球明顯偏大 OPEN二 “Dark Ring”的形成原理 1,不同材料對(duì)x射線的不透明系數(shù):X 射線由一個(gè)微焦點(diǎn) X 射線管產(chǎn)生,穿過(guò)管殼內(nèi)的一個(gè)鈹窗,并投射到試驗(yàn)樣品上。樣品對(duì) 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(guò)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(jī)探測(cè)到,然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理放大,由計(jì)算機(jī)進(jìn)一步分析或觀察。不同的樣品材料對(duì) X 射線具有不同的不透明系數(shù)見(jiàn)表1. 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1不同材料對(duì)X射線的不透明度系數(shù)材料用途X射線不透

3、明度系數(shù)塑料包裝極小金芯片引線鍵合非常高鉛焊料高鋁芯片引線鍵合,散熱片極小錫焊料高銅PCB印制線中等環(huán)氧樹(shù)脂PCB基板極小硅半導(dǎo)體芯片極小2,剖面圖說(shuō)明“Dark Ring”的形成原理區(qū)域A區(qū)B區(qū)相同材質(zhì)芯片芯片BGA本體BGA本體PCB板PCB板不同材質(zhì)對(duì)比焊錫膏BGA焊盤(pán)焊錫膏PCB焊盤(pán)(圖三)圖三通過(guò)對(duì)比A、B區(qū)域所各自包含的材質(zhì),可以看出不同材質(zhì)對(duì)比中,A區(qū)域的材質(zhì)為焊錫膏,B區(qū)域的材質(zhì)為BGA和PCB的焊盤(pán)(銅箔),根據(jù)表1得知:焊錫膏對(duì)X射線的不透明系數(shù)大于銅的不透明系數(shù),從而A區(qū)域?qū)射線的不透明系數(shù)總和大于B區(qū)域的不透明系數(shù)總和。 當(dāng)X射線同時(shí)等量進(jìn)入A、B區(qū)域后,擊穿A區(qū)域的

4、X射線數(shù)量將少于擊穿B區(qū)域的X射線數(shù)量。信號(hào)接受器因接收不等量的光電子信號(hào),故而會(huì)在A、B區(qū)域的投影區(qū)產(chǎn)生不同明暗對(duì)比度的圖像效果。這就是良好焊接的BGA焊球會(huì)產(chǎn)生如圖一所示的“Dark Ring”效果。(圖四) 材質(zhì)對(duì)比表 三、BGA虛焊在2D檢測(cè)下的表現(xiàn)形式A 焊球明顯偏?。▓D三)圖三 OPEN造成原因:一、印刷問(wèn)題:1、鋼網(wǎng)的孔堵塞,焊錫膏沒(méi)刷上;2、鋼網(wǎng)印刷過(guò)程中升起速度太慢,導(dǎo)致焊錫又被鋼網(wǎng)帶走,PAD上焊錫量不足。二、回流焊問(wèn)題:1、焊球的焊料流到附近的通孔,也會(huì)造成焊錫量不足。2、回流溫度曲線不對(duì):焊錫膏質(zhì)量問(wèn)題貼片精確度和壓力不夠三、BGA虛焊在2D檢測(cè)下的表現(xiàn)形式焊球明顯偏大

5、,且看不到“Dark Ring”(圖四)造成原因:PCB焊盤(pán)銅箔噴錫的表面氧化層太厚,對(duì)焊錫膏產(chǎn)生拒焊,盡管焊錫膏已完全熔融,但焊錫膏無(wú)法潤(rùn)濕PCB的焊盤(pán),導(dǎo)致PCB焊盤(pán)上的焊膏與BGA焊球熔融為一體,造成BGA焊球球體變大的現(xiàn)象。圖四 OPEN三、總結(jié)BGA焊球的虛焊現(xiàn)象,在焊球底部與焊盤(pán)之間是非常細(xì)微的,所以對(duì)比度變化很細(xì)微。目前市場(chǎng)上亦有運(yùn)用3D 技術(shù)的X-RAY,意圖是對(duì)焊球的虛焊進(jìn)行直接目視觀察。其工作原理為:將探測(cè)器傾斜后圍繞BGA焊球進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn),以創(chuàng)造直接目視觀察焊球底部與焊盤(pán)之間的焊接狀況的機(jī)會(huì)。而由于現(xiàn)代BGA封裝技術(shù),對(duì)高I/O數(shù)的不斷要求和發(fā)展,也要求BGA焊球之間的間距向更小間距發(fā)展。采用3D技術(shù)的檢測(cè)設(shè)備,當(dāng)其探測(cè)器在傾斜到一定角度時(shí),焊球與焊球之間因互相遮擋,對(duì)BGA內(nèi)部的焊球底部,因“視線遮擋”已經(jīng)無(wú)法直接觀測(cè)。而對(duì)BGA外部的焊球來(lái)說(shuō),也可能存在檢測(cè)限制,即BGA旁邊的其他元器件可能對(duì)BGA焊球底部造成的“視線遮擋”,從而可能對(duì)3D檢測(cè)效果產(chǎn)生不利影響。即便BGA旁邊無(wú)其他元器件對(duì)焊球造成遮擋時(shí),3D檢測(cè)手段亦只能對(duì)BGA焊球的外側(cè)進(jìn)行局部觀察,這仍然是因?yàn)锽GA焊球之間因微小間距而造成的“視線遮擋”。所以3D檢測(cè)虛焊,理論上是以通過(guò)直接的目視觀察,以提高“虛焊”檢測(cè)的直觀性,而實(shí)際操作中也存在著一定的局限性。同

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