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(shí) BGA
封裝還有如下一些優(yōu)點(diǎn)；減少引腳缺陷，改善共面問題，減小引線間電感及電容，增強(qiáng)電性能及散熱性能。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(chǎng)上大量出現(xiàn)，并呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
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(diǎn)隱藏在封裝之下，不可能 100
％目測(cè)檢測(cè)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(guó)內(nèi)外對(duì)這方面技術(shù)的研究、開發(fā)應(yīng)用動(dòng)態(tài)作些介紹和探討。
1 BGA 焊前檢測(cè)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(huì)導(dǎo)致 BGA
封裝元器件在印制電路板焊裝過程出現(xiàn)差錯(cuò)，會(huì)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(duì)熱、濕氣的敏感性；是否能通過封裝體邊緣對(duì)準(zhǔn)性，以及加工的經(jīng)濟(jì)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(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。
英國(guó) 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 采用三角激光測(cè)量法，測(cè)量光束下的物體沿 X 軸和
Y 軸移動(dòng)，在 Z 軸方向的距離，并將物體的三維表面信息進(jìn)行數(shù)字化處理，以便分析和檢查。該軟件以 2000 點(diǎn) /s 的速度掃描 100
萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，直到亞微米級(jí)。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(jì)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(cè)
使用球柵陣列封裝（ BGA ）器給質(zhì)量檢測(cè)和控制部門帶來難題：如何測(cè)試焊后安裝質(zhì)量。由于這類器件焊裝后，檢測(cè)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 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(diǎn)。為滿足用戶對(duì)可靠性的要求，必須解決不可見焊點(diǎn)的檢測(cè)問題。光學(xué)與激光系統(tǒng)的檢測(cè)能力與目檢相似，因?yàn)樗鼈兺瑯有枰暰�來檢測(cè)。即使使用
QFP 自動(dòng)檢測(cè)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(diǎn)。為解決這些問題，必須尋求其它檢測(cè)辦法。目前的生產(chǎn)檢測(cè)技術(shù)有電測(cè)試、邊界掃描及X 射線檢測(cè)。
2.1 電測(cè)試
傳統(tǒng)的電測(cè)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(diǎn)進(jìn)行實(shí)際的電連接，這樣便可以提供使信號(hào)流入測(cè)試板、數(shù)據(jù)流入 ATE
的接口。如果印制電路板有足夠的空間設(shè)定測(cè)試點(diǎn)，系統(tǒng)也可檢查器件的功能。測(cè)試儀器一般由微機(jī)控制，檢測(cè)每塊 PCB
時(shí)，需要相應(yīng)的針床和軟件。對(duì)于不同的測(cè)試功能，該儀器可提供相應(yīng)工作單元來進(jìn)行檢測(cè)。例如，測(cè)試二極管、三極管直流電平單元；測(cè)試電容、電感時(shí)用交流單元；而測(cè)試低數(shù)值電容、電感及高阻值電阻時(shí)用高頻信號(hào)單元。但在封裝密度與不可見焊點(diǎn)數(shù)量都大量增加時(shí)，尋找線路節(jié)點(diǎn)則變得昂貴、不可靠。
2.2 邊界掃描檢測(cè)
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(gè) IC
器件設(shè)計(jì)有一系列寄存器，將功能線路與檢測(cè)線路分離開，并記錄通過器件的檢測(cè)數(shù)據(jù)。測(cè)試通路檢查 IC
器件上每一個(gè)焊接點(diǎn)的開路、短路情況�；谶吔鐠呙柙O(shè)計(jì)的檢測(cè)端口，通過邊緣連接器給每個(gè)焊點(diǎn)提供一條通路，從而免除全節(jié)點(diǎn)查找的需要。盡管邊界掃描提供了比電測(cè)試更廣的不可見焊點(diǎn)檢測(cè)范圍，但也必須為掃描檢測(cè)專門設(shè)計(jì)印制電路板與
IC
器件。電測(cè)試與邊界掃描檢測(cè)主要用以測(cè)試電性能，卻不能較好地檢測(cè)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(cè)焊接質(zhì)量，尤其是不可見焊點(diǎn)的質(zhì)量。
2.3 X 射線測(cè)試
另一種檢測(cè)方法是 X 射線檢測(cè)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(zhǎng)期結(jié)構(gòu)質(zhì)量的指標(biāo)，在測(cè)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(cè)缺陷。在今天這個(gè)生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，這些補(bǔ)充數(shù)據(jù)有助于降低新產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用，縮短投放市場(chǎng)的時(shí)間。
（1）X 射線圖像檢測(cè)原理
X 射線由一個(gè)微焦點(diǎn) X 射線管產(chǎn)生，穿過管殼內(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。
（2）人工 X 射線檢測(cè)
使用人工 X
射線檢測(cè)設(shè)備，需要逐個(gè)檢查焊點(diǎn)并確定其是否合格。該設(shè)備配有手動(dòng)或電腦轉(zhuǎn)輔助裝置使組件傾斜，以便更好地進(jìn)行檢測(cè)和攝像。詳細(xì)定義的標(biāo)準(zhǔn)或目視檢測(cè)圖表可指導(dǎo)評(píng)估圖像。但通常的目視檢測(cè)要求培訓(xùn)操作人員，并且容易出錯(cuò)。此外，人工設(shè)備并不適合對(duì)全部焊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，而只適合工藝鑒定和工藝故障分析。
（3）自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)
全自動(dòng)系統(tǒng)能對(duì)全部焊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。雖然已定義了人工檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，但全自動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)測(cè)正確度比人工 X
射線檢測(cè)方法高得多。自動(dòng)檢測(cè)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(jià)值或要求可靠性的產(chǎn)品也需要進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。檢測(cè)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(jì)資料，用于改進(jìn)生產(chǎn)工藝。
自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)需要設(shè)置正確的檢測(cè)參數(shù)。大多數(shù)新系統(tǒng)的軟件中都定義了檢測(cè)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(cuò)誤的信息并且降低系統(tǒng)的可靠性。
自動(dòng) 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(cè)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(diǎn)的面積和高度，把焊點(diǎn)剖成不同的截面，從而為全部檢測(cè)建立完整的剖面圖。
目前已有兩種檢測(cè)焊接質(zhì)量的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)上市：傳輸 X 射線測(cè)試系統(tǒng)與斷面 X
射線自動(dòng)測(cè)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(duì) SMT 的某些焊接，如單面 PCB 上的 J
型引線與細(xì)間距 QFP ，傳輸 X 射線系統(tǒng)是測(cè)定焊接質(zhì)量最好的方法，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(duì)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(cè)試系統(tǒng)克服了傳輸 X
射線測(cè)試系統(tǒng)的眾多問題。它設(shè)計(jì)了一個(gè)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(cè)試開發(fā)時(shí)間，就能準(zhǔn)確檢測(cè)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(cè)上所花的精力。對(duì)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(cè)試系統(tǒng)。雖然所有方法都可檢查焊接點(diǎn)，但斷面 X
射線測(cè)試系統(tǒng)提供了一種非破壞性的測(cè)試方法，可檢測(cè)所有類型的焊接質(zhì)量，并獲得有價(jià)值的調(diào)整組裝工藝的信息。
（4）選擇合適的 X 射線檢測(cè)系統(tǒng)
選擇適合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的。有較高性能價(jià)格比 X
射線檢測(cè)系統(tǒng)以滿足質(zhì)量控制需要是一項(xiàng)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(cè)及分析缺陷方面已達(dá)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(shí)的解決方案。在決定購(gòu)買檢測(cè)
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 2
。與些同時(shí)也就決定了所要購(gòu)置的系統(tǒng)的大致價(jià)格。當(dāng)然，設(shè)備放置、人員配備等因素也要在選購(gòu)時(shí)全盤考慮。
3 結(jié)束語
隨著 BGA 封裝器件的出現(xiàn)并大量進(jìn)入市場(chǎng)，針對(duì)高封裝密度、焊點(diǎn)不可見等特點(diǎn)，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(cè)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(cè)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(cè)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(huì)使生產(chǎn)更加順暢，減少返修工作量。 |
