丰华电子BGA技术与质量控制

奉化电子BGA技术与质量控制BGA是推动表面安装技术(SMD)和表面安装部件(SMD)开发和创新的新现代装配技术的新概念，它将是高密度、高性能、多功能和高I/O封装的最佳选择。本文简要介绍了BGA的概念、开发现状、应用情况和应用于部分生产的测试方法，并介绍了BGA的回扣过程。随着科学技术的不断发展，现代社会与电子技术密切相关，微型手机、微型发报机、便携式计算机、存储、硬盘驱动器、光驱、高清电视等都对产品的小型化、轻量化提出了苛刻的要求。要达到一个目标，就要在生产工艺和零部件方面进行深入的研究。表面装载技术(Smt)表面安装技术为实现电子产品的轻便、薄、短、小奠定了基础。Smt技术进入90年代后的成熟阶段，但随着电子产品向便携式/小型化、网络和多媒体化方向快速发展，对电子装配技术的要求越来越高，出现了新的高密度装配技术。球栅格阵列包(BGA)是已经进入实用化阶段的高密度装配技术。本文介绍了BGA装置的装配特性及钎焊质量控制。一、BGA技术简介对Bga技术的研究在20世纪60年代首次被美国IBM企业采用，但直到90年代初才真正进入实用化阶段。20世纪80年代，对电子电路小型化和I/O引线数的要求越来越高。为了适应此要求，qfp的针脚间距现在从1.27mm发展到0.3mm。针脚间距减少，I/O数量增加，封装大小也增加，导致电路组装生产上出现很多困难，从而降低产出率，增加组装成本。另一方面，由于制造技术的限制(例如设备销架加工精度)，0.3mm已经通过qfp销间距的限制限制限制了部件密度的增加。球栅格阵列(Bga)产生了球栅格阵列(BGA)的英文缩写，它消除了细间隙设备中因铅而产生的共面和翘曲问题，因为I/o端子排列在圆或圆周钎焊包下，引线间距大，引线长度短。Bga技术的优点是，可以增加I/o数量和间隔，消除qfp技术中高I/0数量带来的生产成本和可靠性问题。与qfp相比，Jedec(电子设备工程联合会)(JC-11)的行业部门BGA的主要优点是I/o引线间距大，注册引线间距为1.0、1.27和1.5毫米根据钎焊形状，Bga设备的结构可以分为球形钎焊和圆周钎焊两类。球形钎焊包括陶瓷球栅格阵列陶瓷球栅格阵列(cbga)、磁带自动组合球栅格阵列自动球栅格阵列(tbga)塑料球栅格阵列塑胶球栅格阵列(pbga)Cbga、tbga和pbga根据封装方式进行了区分。圆柱钎焊称为陶瓷柱栅格阵列(ccga)。Bga技术大大发展了IC设备从四面引线封装到阵列焊点封装，设备尺寸小、引线多、电气性能好，性能优于传统组装技术。这些性能优势包括高密度I/o接口、良好的散热性能以及提高小型组件时钟频率的能力。Bga设备相对间隔宽，可以在重排焊接过程中自动排列定位，因此比其他类似组件(如qfp)更容易操作，装配时稳定性更高。一些国外印刷电路板制造技术资料显示，BGA设备在使用一般SMT工艺流程和设备组装时缺陷少于20ppm (parts per million，ppm缺陷数)，相应的设备(例如qfp)在组装过程中形成的产品缺陷比例至少为10倍。概括地说，BGA设备的性能和组装优于普通部件，但很多制造商不愿意投资开发BGA设备的批量生产能力。因为Bga设备的焊接点测试最难保证质量和可靠性。二、BGA器件焊接点检测问题目前，大中型电子组装BGA设备的供应商主要通过电子测试过滤BGA设备的焊接缺陷。在Bga装置组装过程中控制组装过程的品质，以及其他缺陷识别方法，包括在熔剂泄漏中取样测试和使用x射线组装后的最终检验、电子测试结果分析。满足Bga设备电子测试的评估要求是一项非常困难的技术，因为在BGA设备下选择测试点很困难。在Bga设备的故障确认和识别方面，电子测试通常无能为力，这大大增加了消除和修复故障的成本支出。一家世界一流的计算机制造商反映了从印刷电路板装配线上卸下的所有BGA设备中有50%以上未能通过电子测试，实际上没有缺陷，不应卸下。电子测试无法确定BGA设备是否导致测试失败，但结果被删除。通过对相关接口的仔细检查，可以减少测试点并提高测试的准确性，但是为了实现此目的，必须添加核心级电路以提供必要的测试电路。在Bga设备的故障测试过程中，电子测试只能确定在连接BGA时导电电流是否通过或损坏。辅助非物理焊接点测试有助于装配工艺改进和统计过程控制(SPC)。组装Bga设备是基本的物理连接过程。要确定和控制这些过程的质量，必须了解和测试影响长期工作可靠性的物理因素，如焊料量、导线和垫位置、润湿性等，不能只根据电子测试的结果进行修改。三、BGA检测方法目前市场上的bga封装类型包括pbga(塑胶bga)、cbga(陶瓷BGA)和tbga(含BGA)。打包过程所需的主要性能是打包组件的可靠性。与Pcb的热匹配性能；焊球的共面；对热和湿气的敏感度；是否可以通过包边拟合，以及处理的经济特性。必须指出，无论Bga基板上的铜焊球是通过高温铜焊球(90pb/10sn)还是通过球注射过程形成的，铜焊球都可能丢失、成型太大、太小、焊接球连接、缺陷等。因此，需要对BGA焊接后的质量状况进行一些指标的测试控制。目前常用的BGA检测技术是电气测试、边界扫描和x射线检测。电气测试传统电气测试是寻找开路和短路故障的主要方法。唯一的目的是在主板的预制点进行实际的电气连接，以匹配将信号流至测试板并将数据流至ate的接口。如果印刷电路板有足够的空间设置测试点，系统可以快速高效地找到开路、短路和故障组件。您也可以检查系统中元件的功能。测试设备通常由计算机控制，检测不同的PCB时需要相应的针床和软件。对于各种测试功能，装置为测试提供了适当的工作单位。例如，测试二极管、晶体管、直流电平设备、电容、电感和交流设备，而低值电容和电感、高电阻测试高频信号设备。边界扫描检查边界扫描技术解决了与复杂元件和封装密度相关的一些发现问题。使用边界扫描技术，每个IC组件设计都有一系列寄存器，这些寄存器将功能线和检测线分开，并记录通过组件的检测数据。测试通路检查IC元件的每个焊接点处的开路、短路条件。基于边界扫描设计的检测端口通过边缘连接器在每个焊点上提供直通，从而消除了对整个节点搜索的需要。边界扫描提供了比电气测试更宽的不可见钎焊检测，但专门为印刷电路板和IC零件设计。电气测试和边界扫描测试主要用于测试电气性能，但不能更好地测试焊接质量。为了提高和保证生产过程的质量，必须找到其他方法测试焊接质量，尤其是看不见的钎焊质量。x射线测试是基于不能通过铜、硅等材料的想法的x射线检查，有效地检测不可见焊点的质量。即，x射线透视显示焊缝厚度、形状和质量的密度分布。厚度和形状不仅是反映长期结构质量的指标，也是衡量开口、短路缺陷和焊接不足的好指标。该技术有助于收集量化的流程参数，从而降低新产品开发成本，缩短上市时间。 x射线图像检测原理x射线由微焦点x射线管生成，通过壳体内的铍管投影到实验样品上。x射线的采样的吸收率或透射率取决于采样中包含的材质的组件对比率。通过样品的x射线吸收率或x射线敏感板的磷涂层，刺激计算机进一步分析或观察的光子，以便在随后被相机检测到后扩大对该信号的处理。不同的采样材质具有不同的x射线不透明度系数，处理的灰度图像显示了检查的对象的密度或材质厚度的差异。人工x线检测应使用人工x线检测设备，一一检查焊点，决定是否合格。该设备配备了手动或电气辅助设备，可以倾斜组件，以便更好地检查和照相机。但是，一般肉眼检查需要培训工人，容易出错。此外，人工设备不适合所有钎焊检查，仅适用于工艺识别和工艺错误分析。自动检测系统自动系统能检测所有焊点。已定义手动检查标准，但自动系统的检查精度远高于人工x射线检查方法。自动检测系统通常用于产量高、品种少的生产设备。需要高价值或可靠性的产品和自动检测。测试结果将与需要维修的电路板一起传送给维修人员。这些结果还可以提供改善生产工艺的相关统计。自动x射线分层系统采用三维轮廓技术。该系统检测单面或双面表面安装电路板，没有现有x射线系统的限制。系统定义要通过软件检查的钎焊的面积和高度，将钎焊剖切到其他部分，从而创建全面检测的全剖视图。推出了两种检测焊接质量的自动测试系统。传输x射线测试系统和截面x射线自动测试系统。传输x射线测试系统从沿路径组合吸收x射线梁的特性中导出。对于SMT中的某些焊缝(例如截面PCB的j形引线和狭长qfp)，传输x射线系统是测量焊缝质量的最佳方法，但不会区分垂直重叠特征。因此，在传输x射线透视中，BGA元件的焊接被其导线上的焊接球遮蔽。RF屏蔽下的双面密集PCB和零件的不可见焊接也存在此问题。截面x射线自动测试系统克服了传输x射线测试系统的诸多问题。它通过设计焦点剖面和上下平面聚焦的方法隔离PC的水平区域。该系统的成功在于测试开发时间短，可以准确确认焊接点。但是，横截面x射线测试系统提供了非破坏性测试方法，可以检测所有类型的焊接质量，并获得调整装配工艺的宝贵信息。选择合适的x射线检测系统选择适合实际生产的高性价比x射线检测系统是满足控制要求的重要任务。最近新出现的超分辨率x射线系统在分析缺陷检测中达到了微米级，为发现生产线上更细微的质量问题(包括焊接缺陷)提供了更全面、更有时间效率的解决方案。在决定购买测试x射线系统之前，您必须了解系统在实际生产中的功能，并轻松确定系统所需的最低分辨率，还必须确定要购买的系统的大致价格。当然，设备配置、人员配置等因素也要在购买时一并考虑。四、BGA返工由于Bga封装形式不同于传统曲面组件，且针脚分布在组件躯干底部，因此BGA的修复方式不同于传统曲面组件。Bga返工过程主要包括以下几个步骤：1.电路板，芯片预热2.移除晶片3.清洁垫4.焊膏，焊剂涂层5.修补程序热风回流焊接(1)电路板、芯片预热的主要目的是消除潮力，如果电路板和芯片的潮力较小(如果芯片刚刚打开，则可以免除此步骤)。(2)拆卸的芯片不打算再次使用，电路板可以经受高温，移除芯片可以使用更高的温度(更短的加热周期)。3)清洁垫主要是取下芯片后留在PCB表面的焊锡，要用焊料清洁，并使用符合要求的洗涤剂。为了确保Bga的焊接稳定性，一般不能使用焊盘上的旧残留焊膏，除非芯片上重新形成BGA焊膏球，否则必须清除旧焊膏。Bga芯片体积小，特别是CSP芯片较小，清洗焊盘更困难，因此在重新修复CSP芯片时，如果CSP周围空间小，则应使用非清洗通量。4)在PCB上涂抹焊膏对BGA返工结果有重要影响。为了准确、均匀、方便地涂抹焊膏，美国ok集团提供了ms-1微焊膏板系统。通过选择适合芯片的模板，可以很容易地将焊膏涂在板上。选择模板时，请注意，BGA芯片比cbga芯片厚度薄，因为所需的焊膏量不同。使用Ok组的BGA 3000设备或MP-2000微型光学对系统，可以很容易地确认焊膏是否涂得均匀。Csp芯片处理，3种可选焊膏，RMA焊膏，非水洗焊膏，水性焊膏。使用Rma焊膏会使回流时间稍长，可以使用非清洗焊膏，回流温度应选择较低的位置。5)补丁的主要目的是使BGA芯片上的每个焊料球与PCB上的每个相应钎焊相匹配。Bga芯片的钎焊在肉眼无法观察到的部分，因此必须使用专用设备配对。由Ok组创建的BGA 3000和MP-2000装置可以正确执行这些任务。6)热风回流焊接是整个返工过程的核心。其中几个问题更重要。芯片ricure replay的曲线必须与使用ok组的BGA 3000保证的芯片原始焊接曲线接近。热空气回流曲线可以单独设置预热区域、加热区域、回流区域、冷却区域、4个区域的温度、时间参数，也可以连接到计算机，保存这些程序并随时调用。在循环焊接过程中，正确选择区域的加热温度和时间，但要注意加热速度。一般情