采用BGA技術(shù)封裝器件的性能優(yōu)于常規(guī)的元器件，但是許多生產(chǎn)廠家仍然不愿意投資開發(fā)大批量生產(chǎn) BGA 器件，究其原因主要是 BGA 器件焊接點的測試相當(dāng)困難，不容易保證因其質(zhì)量和可靠性。

器件焊接點檢測中存在的問題

目前，中等規(guī)模到大規(guī)模采用BGA器件進行電子封裝的廠商，主要是采用電子檢測的方式來篩選 BGA 器件的焊接缺陷。在BGA器件裝配工藝過程中控制質(zhì)量和鑒別缺陷的方法包括在焊劑漏印(Paste Screen)上取樣測試和使用X射線進行裝配后的最終檢驗，以及電子測試的結(jié)果分析。

對BGA 器件的電子測試是一項極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)，因為在BGA器件下面定測試點是困難的，在檢查和鑒別BGA 器件的缺陷方面，電子測試通常是無能為力的，這在很大程度上增加了用于排除缺陷和返修時的費用支出。

根據(jù)經(jīng)驗，采用電子測試方式對BGA器件進行測試，從印制電路板裝配線上剔除的所有BGA 器件當(dāng)中，50%以上實際上并不存在缺陷，因而也就不應(yīng)該被剔除掉。對其相關(guān)界面的仔細(xì)研究能夠減少測試點和提高測試的準(zhǔn)確性，但是這要求增加管芯級電路以提供所需要的測試電路。在檢測 BGA器件缺陷的過程中，電子測試僅能確定在 BGA 連接時，判斷導(dǎo)電電流的通、斷，如果輔助于非物理焊接點測試，將有助于封裝工藝過程的改善和進行SPC(統(tǒng)計工藝控制)。

BGA器件的封裝是一種基本的物理連接工藝過程。為了能夠確定和控制這樣一個工藝過程的質(zhì)量，要求了解和測試影響可靠性的物理因素，如焊料量、導(dǎo)線和焊盤的定位情況以及潤濕性，不能僅基于電子測試所產(chǎn)生的結(jié)果就進行修改。

BGA期間的焊前檢測和質(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。基板或中間層是BGA封裝中非常重要的部分，除了用于互連布線以外，還可用于阻抗控制及用于電感／電阻／電容的集成。因此要求基板材料具有高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度rS(約為175~230℃)、高的尺寸穩(wěn)定性和低的吸潮性，具有較好的電氣性能和高可靠性。金屬薄膜、絕緣層和基板介質(zhì)間還要具有較高的粘附性能。細(xì)間距元件的局限性在于其引線容易彎曲折斷，容易損壞，對引線的共面性和安裝精度提出了很高的要求。BGA包裝技術(shù)采用了一種新的設(shè)計思維模型，即在包裝下隱藏圓形或圓柱形焊球，導(dǎo)線間距較大，導(dǎo)線較短。

BGA組件的可靠性和SMT組件的性能優(yōu)于普通SMD(表面安裝器件)。BGA組件的唯一問題是焊點測試?yán)щy，質(zhì)量和可靠性難以確保。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。

BGA器件檢測方式的探索

（凸點剪切力測試）

試驗?zāi)康?/p>

本試驗的目的是通過破壞性剪切測試評估倒裝焊直徑不大于80 m 點的抗切能力

試驗設(shè)備

剪切力測試設(shè)備應(yīng)使用校準(zhǔn)的負(fù)載單元或傳感器。設(shè)備的最大負(fù)載能力應(yīng)不小于凸點最大剪切力的1.1倍,尊切工具的受力面寬度應(yīng)達到凸點直徑 1.1 倍以上,設(shè)備應(yīng)能提供并記錄施加于凸點的剪切力，也應(yīng)能對負(fù)載提供規(guī)定的移動速率。

試驗程序（安裝）

在試驗設(shè)備上安裝剪切工具和試驗樣品,使凸點可以被平行于芯片表面的剪切工具剪切,如圖 4 所示。應(yīng)小心安放芯片而不對凸點造成損傷,且不使芯片變形。

在試驗前,采用金相顯微鏡對凸點進行檢查。保證它們的形狀完好,無助焊劑殘留或其他污染物受剪切試驗設(shè)備的限制,受試凸點鄰近的凸點(和在剪切工具行進路徑上)有可能需要先從樣品上移去。如果鄰近的凸點需要去除,則凸點的殘留物高度應(yīng)足夠低，以保證剪切工具在行進過程中不會碰觸到殘留的凸點。圖 5 是典型用于剪切試驗的受試樣品。

凸點剪切（剪切工具）

剪切工具應(yīng)由堅硬的剛性材料、陶瓷或其他非易彎曲的材料構(gòu)成。

根據(jù)受試凸點的尺寸選擇合適的剪切工具,剪切工具應(yīng)和芯片表面成 90°5”。將剪切工具和凸點對齊,使其可以接觸凸點的一側(cè)。最好使用可移動的試驗臺和工具臺進行對齊,并使移動平面垂直于負(fù)載方向。應(yīng)特別注意，在試驗安裝中不應(yīng)碰觸到進行試驗的凸點。

由于頻繁使用會造成剪切工具磨損,從而影響試驗結(jié)果。如果剪切工具有明顯的磨損,如圖 6 所示,則應(yīng)替換。

剪切高度

剪切力和失效模式受剪切工具高度的影響。為保證試驗結(jié)果的有效性,應(yīng)對任何檢驗批進行相同條件的剪切試驗，剪切工具高度設(shè)置應(yīng)一致。

剪切高度不低于凸點高度的10%，剪切示意圖如圖 7 所示

剪切速度

凸點剪切過程中應(yīng)保持恒定速率,直到剪切力下降到最大值的 25%以下,或直到剪切工具的移動距離超過凸點直徑。

剪切試驗的速度一般為0.1 mm/s~0.8 mm/s。

剪切力

試驗數(shù)據(jù)應(yīng)包括凸點剪切力的最大值、最小值、平均值以及標(biāo)準(zhǔn)偏差。完成足夠的數(shù)據(jù)測量后,應(yīng)建立有代表性的基于平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的失效判據(jù)。

凸點剪切力數(shù)值應(yīng)滿足應(yīng)用條件所要求的最小值

失效判據(jù)

凸點剪切共有4 種失效模式(見表 1),模式1和2 為合格失效模式,模式3 和 4 為不合格失效模式一般情況下,使用獨立的光學(xué)系統(tǒng)來評估失效模式,如果出現(xiàn)比較低的凸點剪切力值或多種失效模式。應(yīng)對斷裂面進行詳細(xì)的檢查，一般使用金相顯微鏡在 500 倍及更高倍數(shù)下進行觀察

說明

有關(guān)采購文件或詳細(xì)規(guī)范中應(yīng)規(guī)定以下內(nèi)容:

凸點最小剪切力可按“最小凸點剪切力值=焊盤面積X凸點焊料抗剪切強度”方法進行計算:a)

試驗的芯片數(shù)和凸點數(shù);

數(shù)據(jù)記錄要求。

以上就是科準(zhǔn)測控的技術(shù)團隊根據(jù)BGA的焊后檢測和質(zhì)量控制給出的檢測辦法，希望可以給大家?guī)韼椭Ｈ绻肓私飧嚓P(guān)于BGA封裝器件焊點的檢測知識。那么，歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言，科準(zhǔn)團隊為您免費解答！

審核編輯 黃宇