X-Ray在BGA焊接質量檢測的應用

2019-09-27

BGA的全稱是Ball Grid Array(球柵陣列結構的PCB),是一種大型組件的引腳封裝方式,與 QFP的四面引腳相似,都是利用SMT錫膏焊接與電路板相連。其不同處是羅列在四周的"一度空間"單排式引腳,如鷗翼形伸腳、平伸腳、或縮回腹底的J型腳等;改變成腹底全面數組或局部數組,采行二度空間面積性的焊錫球腳分布,做為芯片封裝體對電路板的焊接互連工具。它具有封裝面積少,功能加大,引腳數目增多,可靠性高,電性能好,整體成本低等特點。

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雖然BGA器件有諸多方面的優點,但仍存在著無法改變的不足之處:即BGA器件在焊接完成之后,由于其焊點全部在器件本體腹底之下,因此既無法采用傳統的目測方法觀測檢驗全部焊點的焊接質量,也不能應用AOI(自動光學檢驗)設備對焊點外觀做質量評判,目前通用的方式均采用X-RAY檢驗設備對BGA器件焊點的物理結構進行檢驗。

X-RAY檢驗原理

  X-ray檢驗設備是基于X射線的影像原理,由X射線發生裝置發出X射線,對被檢驗印制板組及BGA器件進行照射,利用X射線不能穿透錫、鉛等密度大且厚的物質,可形成深色影像,而會輕易穿透印制板及塑料封裝等密度小且薄的物質,不會形成影像的現象,實現對BGA器件焊接焊點的質量檢驗。X-RAY檢測原理如下圖所示:

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焊點缺陷

a. 焊點缺陷種類

BGA焊點缺陷主要有焊料橋連、焊錫珠、空洞、錯位、開路和焊料球丟失、焊接連接處破裂、虛焊等。

b.焊料橋連

由于焊料橋連最終導致的結果就是電氣短路,因此BGA器件焊接后,各相鄰焊料球之間應無焊料橋連。這種缺陷在采用X-RAY檢驗設備檢驗時比較明顯,在影像區內可見焊料球與焊料球之間呈現連續的連接,容易觀察和判斷。

c.焊錫珠

焊錫珠是表面貼裝過程中的主要缺陷之一,造成焊錫珠的原因有很多。這種缺陷在X-RAY影像區內也易于識別,應用X-RAY檢驗設備觀察測量焊錫珠時,應主要注意其尺寸要求和位置要求,并且不違反最小電氣間隙要求。

d.空洞

空洞在BGA器件焊接后是最常見的,因為往往許多BGA器件本身的焊料球就可能帶有空洞或氣孔,在回流焊接過程中,回流曲線設置不合理則更容易產生空洞。GJB 4907-2003與IPC-A-610E標準均對空洞做出了評判準則,但評判尺度存在差異。其中GJB 4907-2003中規定焊點空洞應不大于焊點體積的15%,而IPC-A-610E中規定X-RAY影像區內任何焊料球的空洞應不大于25%。

e.虛焊

一般虛焊都是由于回流焊接過程不充分造成的。在回流焊接過程中,焊料球與錫膏沒有形成良好地熔融,無法形成潤濕良好的共晶體。虛焊是一種不容忽視的缺陷,容易造成器件脫落,影響器件的電氣性能。虛焊缺陷也必須通過旋轉X射線角度進行檢驗,從而及時采取有效措施避免它的發生。

                          

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  BGA檢測圖像

隨著BGA封裝器件的出現并大量進入市場,針對高封裝密度,焊點不可見等特點,電子廠商為控制BGAS的焊接質量,需充分應用高科技工具,手段,努力掌握和大力提提高檢測技術水平,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有效控制。而且,把檢測過程中反映生產更加順暢,減少返修工作量。



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