1、bga檢測技術與質量控制摘要：從生產過種中的質量控制角度出發，探討了目前一些生產中應用于球柵封裝（bga）的檢測方法和實用系統，詳細倫述x射線檢測系統的開發及原理及研究應用狀況，指出掌握和提高檢測技術，將能有效控制bga的焊接和組裝質量。關鍵詞：表面組裝技術；球柵陣列封裝；x射線；質量控制 bga技術是將原來器件 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，又能夠增加引腳數目。同時 bga封裝還有如下一些優點；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域中， bga技術被廣泛應用。尤其是近些年來，以 bga技術封裝的元器件在市場上大量出現，并呈現高速增長的趨勢。雖然 bga技術在某些方面有所突破，但并非是十全十美的。由于 bga封裝技術是一種新型封裝技術，與 qfp技術相比，有許多新技術指標需要得到控制。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量，為 bga安裝質量控制提出了難題。下面就國內外對這方面技術的研究、開發應用動態作些介紹和探討。 1. bga焊前檢測與質量控制生產中的質量控制非常重要，尤其是在 bga封裝中，任何缺陷都會導致 bga封裝元器件在印制電

3、路板焊裝過程出現差錯，會在以后的工藝中引發質量問題。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性，以及加工的經濟性等。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進行檢測控制。英國 scantron 公司研究和開發的 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 100萬個數據點，直到亞微米級。掃描結果以水平、等量和截面示圖顯示在高分辯率 vga監視器上。 prosan1000還能計算表面粗糙度參數、體積、表面積和截面積。 2. bga焊后質量檢測使用球柵陣列封裝（ bga）器給質量檢測和控制部門帶來難題：如何檢測焊后安裝質量。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量成為空談。其它如板截芯片（ oob）及倒裝芯片安裝等新技術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。光學與激光系統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 aoi (automated optical inspection)也不能判定焊接質量，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。目前的生產檢測技術有電測試、邊界掃描及 x射線檢測。 2.1電測試傳統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、數據流入 ate的接口。如果印制電路板

6、有足夠的空間設定測試點，系統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，需要相應的針床和軟件。對于不同的測試功能，該儀器可提供相應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量都大量增加時，尋找線路節點則變得昂貴、不可靠。 2.2 邊界掃描檢測邊界掃描技術解決了一些與復雜器件及封裝密度有關的問題。采用邊界掃描技術，每一個 ic器件設計有一系列寄存器，將功能線路與檢測線路分離開，并記錄通過器件的檢測數據。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量。為提高并保證生產過程中的質量，必須尋找其它方法來檢測焊接質量，尤其是不可見焊點的質量。 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、形狀及質量的密度分布。厚度與形狀不僅是反映長期結構質量的指標，在測定開路、短路缺陷及焊接不足方面，也是很好的指標。此技術有助于收集量化的過程參數并檢測缺陷。在今天這

8、個生產競爭的時代，這些補充數據有助于降低新產品開發費用，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射線管產生，穿過管殼內的一個鈹窗，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材料（2）人工 x射線檢測使用人工 x射線檢測設備，需要逐個檢查焊點

9、并確定其是否合格。該設備配有手動或電腦轉輔助裝置使組件傾斜，以便更好地進行檢測和攝像。詳細定義的標準或目視檢測圖表可指導評估圖像。但通常的目視檢測要求培訓操作人員，并且容易出錯。此外，人工設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）自動檢測系統全自動系統能對全部焊點進行檢測。雖然已定義了人工檢測標準，但全自動系統的復測正確度比人工 x射線檢測方法高得多。自動檢測系統通常用于產量高且品種少的生產設備上，具有高價值或要求可靠性的產品也需要進行自動檢測。檢測結果與需要返修的電路板一起送給返修人員。這些結果還能提供相關的統計資料，用于改進生產工藝。自動檢測系統需要設置正確的檢

10、測參數。大多數新系統的軟件中都定義了檢測指標，但必須重新制訂，要適應以生產工藝中所特有的因素。否則可能錯誤的信息并且降低系統的可靠性。自動 x射線分層系統使用了三維剖面技術。該系統能夠檢測單面板和雙面板表面貼裝電路板，而沒有傳統的 x射線系統的局限性。系統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量的自動測試系統統上市：傳輸 x射線測試系統與斷面 x射線自動測試系統。傳輸 x射線系統源于 x射線束沿通路復合吸收的特性。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射線系統是測定焊接質量最好的

11、方法，但它卻不能區分垂直重疊的特征。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射線測試系統克服了傳輸 x射線測試系統的眾多問題。它設計了一個聚焦斷面，并通過使目標區域上下平面散焦的方法，將 pcb的水平區域分開。該系統的成功在于只需較短的測試開發時間，就能準確檢測出焊接缺陷。就多數線路板而言，“無夾具”也有助于減少在產品檢測上所花的精力。對于小體積的復雜產品，制造廠商最好使用斷面 x射線測試系統。雖然所有方法都可檢查焊接點，但斷面 x射線測試系統提供了一種非破壞性的測試方法，可檢測所有類

12、型的焊接質量，并獲得有價值的調整組裝工藝的信息。（4）選擇合適的 x射線檢測系統選擇適合實際生產應用的。有較高性能價格比 x射線檢測系統以滿足質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射線系統在檢測及分析缺陷方面已達微米水平，為生產線上發現較隱蔽的質量問題（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射線系統之前。一定要了解系統所需的最小分辯率，見表 3。與些同時也就決定了所要購置的系統的大致價格。當然，設備放置、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射線系統的應用 4結束語隨著 bga封裝器件的出現并大量進入市場，針對高封裝密度、

13、焊點不可見等特點，電子廠商為控制 bgas的焊裝質量，需充分應用高科技工具、手段，努力掌握和大力提高檢測技術水平。使用新的工藝方法能有與之相適應、相匹配的檢測手段。只有這樣，生產過程中的質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工藝中去加以解決，將會使生產更加順暢，減少返修工作量。參考文獻： 1 王衛平，電子工藝基礎 m.北京：電子工業出版社， 1997.162-181。 2 宜大榮。表面組裝技術 m.北京：電子工業出版社， 1995。 3 robert marts c.trends in ic packaging and advanced assemblyj.electronic