球柵陣列(bga)封裝器件與檢測(cè)技術(shù)、bga器件及其焊點(diǎn)的質(zhì)量控制、bga中的空洞-wenkub
2022-11-25 16:40:22 本頁(yè)面
【正文】 件與焊料的界面處或器件與 PCB 板中間位置 “切換片 ”，通過(guò)這些 “切片 ”的測(cè)量結(jié)果處理，綜合可以得到 BGA 焊點(diǎn)的三維檢測(cè)結(jié)果 ⑤ 。 (2)BGA 器件組裝焊點(diǎn)的檢查 由于 BGA 封裝器件的焊點(diǎn)都隱藏在器件體下方，傳統(tǒng)的 SMT 焊點(diǎn)檢測(cè)方法已經(jīng)滿足不了 BGA 焊點(diǎn)的 檢測(cè)要求。在轉(zhuǎn)換期間，焊料球可能會(huì)掉下、錯(cuò)位或粘在一起等，轉(zhuǎn)換焊球是用共晶釬料 W(Sb)：W(Pb)＝ 63： 37 焊到 BGA 上；也可采用絲網(wǎng)印刷將共晶焊膏印刷到BG 入基板上，再經(jīng)過(guò)再流焊形成焊球，如圖 l 所示，這種方法可 能會(huì)引起焊球丟失、焊球過(guò)小、焊球過(guò)大、焊球橋連以及焊球缺損等，如圖 2 所示，但這些缺陷可以進(jìn)行返修。 BGA 返修工作站的問(wèn)世解決了 BGA 器件更換及返修問(wèn)題；多 I／ O 時(shí)的布線問(wèn)題，采用多層板技術(shù)也得到解決；隨著 BGA 技術(shù)的不斷發(fā)展，其成本也得到大幅度降低，預(yù)計(jì)不久， BGA 封裝價(jià)格大約是每針 0． 01$② ；通過(guò) BGA器件本身設(shè)計(jì)以及組裝設(shè)計(jì)的考慮，可以解決可靠性問(wèn)題， BGA 焊點(diǎn)的長(zhǎng)期可靠性模型的建立以及熱循環(huán)試驗(yàn)正在進(jìn)行之中，預(yù)計(jì)不久的將來(lái)， BGA 焊點(diǎn)的熱 循環(huán)壽命可達(dá)到 7000 次 ③ 。 l BGA 封裝的特點(diǎn) BGA 是 “球柵陣列 ”英文 Ball Grid Array 的縮寫(xiě)，其引出端為球或柱狀合金，并矩陣狀分布于封裝體的底面，改變了引出端分布于封裝體兩側(cè)或四周的形式。球柵陣列 (BGA)封裝器件與檢測(cè)技術(shù) ................................................... 1 BGA 器件及其焊點(diǎn)的質(zhì)量控制 ............................................................. 6 BGA 中的空洞 ...................................................................................... 18 球柵陣列 (BGA)封裝器件與檢測(cè)技術(shù) 日新月異的電子產(chǎn)品，大到航空、航天裝置，小到便攜式電腦、移動(dòng)電話，都有一個(gè)共同的發(fā)展方向，即向更加小型化、輕量化、強(qiáng)功能、快速度、高可靠性方向發(fā)展，這就使得半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展到高密度組裝的新水平。這種封裝形式與細(xì)間距 QFP 相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)具有更多的 I／ O； (2)易于組裝； (3)自感和互感小； (4)具有多 I／ O，小體積。 下面就 BGA 封裝的檢測(cè)問(wèn)題作一討論。 對(duì) BGA 器件進(jìn)行檢查，主要是檢查焊球是否丟失或變形，對(duì)于有缺陷的器件則放到處理盤上。采用光學(xué)檢查只能檢查到 BGA 器件四周邊緣的焊點(diǎn)情況，如圖 3 所示；而電性能測(cè)試，只能檢測(cè)焊點(diǎn)連接的通、斷情況，即只能檢測(cè)開(kāi)路和短路，不能有效地區(qū)別焊點(diǎn)缺陷；自動(dòng)激光檢測(cè) 系統(tǒng)可以測(cè)量器件貼裝前焊膏的沉積情況，也不能檢查 BGA 焊點(diǎn)缺陷；國(guó)外有研究表明聲學(xué)顯檢查聚酰亞胺和陶瓷封裝的 BGA 焊點(diǎn)，而不能檢測(cè)用 BT 樹(shù)脂材料封裝的 BGA 焊點(diǎn)，因?yàn)槁暡y以傳播到焊點(diǎn)區(qū)域 ④ 。 BGA 組裝焊點(diǎn)的缺陷主要有：講授 (如圖 4 所示 )、開(kāi)路、焊料不足、焊料球、氣孔、移位等。 可見(jiàn)，斷層剖面 X 光檢測(cè) BGA 焊點(diǎn)是十分有效的，它對(duì)焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量測(cè)量。這種方法對(duì) X 光影像的識(shí)別能力要求非常高，檢測(cè)準(zhǔn)確率受到影響。 3． 3 在 BGA 組裝技術(shù)中，解決檢測(cè)問(wèn)題，將會(huì)為提高 BGA 焊點(diǎn)的長(zhǎng)期可靠性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。要達(dá)到達(dá)一目標(biāo)，就必須在生產(chǎn)工藝、元器件方面著手進(jìn)行深入研究。 1 BGA 技術(shù)簡(jiǎn)介 BGA 技術(shù)的研究始于 60 年代，最早被美國(guó) IBM 公司采用，但一直到 90 年代初， BGA 才真正進(jìn)入實(shí)用化的階段。 精細(xì)間距器件的局限性在于細(xì)引線易彎曲、質(zhì)脆而易斷，對(duì)于引線間的共平面度和貼裝精度的要求很高。 BGA 器件的結(jié)構(gòu)可按焊點(diǎn)形狀分為兩類： 球形焊點(diǎn)和校狀焊點(diǎn)。 BGA技術(shù)的出現(xiàn)是 IC器件從四邊引線封裝到陣列焊點(diǎn)封裝的一大進(jìn)步，它實(shí)現(xiàn)了器件更小、引線更多，以及優(yōu)良的電性 能，另外還有一些超過(guò)常規(guī)組裝技術(shù)的性能優(yōu)勢(shì)。 綜上所述， BGA 器件的性能和組裝優(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(kāi)發(fā)大批量生產(chǎn) BGA 器件的能力。 滿足對(duì) BGA 器件電子測(cè)試的評(píng)定要求是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)，因?yàn)樵?BGA 器件下面選定溯試點(diǎn)是困難的。對(duì)其相關(guān)界 面的仔細(xì)研究能夠減少測(cè)試點(diǎn)和提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，但是這要求增加管芯級(jí)電路以提供所需的測(cè)試電路。 3 BGA 器件檢測(cè)方式的探索 測(cè)試 BGA 器件連接點(diǎn)的物理特性和確定如何才能始終如一地在裝配工藝過(guò)程中形成可靠連接的能力，在開(kāi)始進(jìn)行工藝過(guò)程研究期間顯得特別的重要。在 BGA 器件生產(chǎn)好以后，大量的測(cè)試對(duì)于組裝過(guò)程控制而言仍然是關(guān)鍵，但是可以考慮降低檢查的深入程度。在不可拆 (noncollapsible) BGA 器件中，由于前置焊球的緣故，也會(huì)出現(xiàn) “陰影 ”現(xiàn)象。 僅有橫截面 X 射線檢測(cè)技術(shù)，例如 :X 射線分層法，能夠克服上述條件的制約。 根據(jù) BGA 連接點(diǎn)的常規(guī)結(jié)構(gòu)，在每個(gè)橫截面 X 射線圖像 “切片 ”內(nèi)，具體連接點(diǎn)的特征被進(jìn)行分離并予于以測(cè)量，從而提供定量的統(tǒng)計(jì)工藝控制 (SPC)測(cè)量， SPC 測(cè)量能夠用于追蹤過(guò)程偏移，以及將其特征歸入對(duì)應(yīng)的缺陷范疇。 ② 焊接點(diǎn)半徑 焊接點(diǎn)半徑測(cè)量表明在特定層面上焊接點(diǎn)中焊料的相應(yīng)數(shù)量，在焊盤層的半徑測(cè)量表明在 焊劑漏印 (PasteScreening)工藝過(guò)程中以及因焊盤污染所產(chǎn)生的任何變化，在球?qū)?(ball level) 的半徑測(cè)量表明跨越元器件或者印刷電路板的焊接點(diǎn)共面性問(wèn)題。掌握了這些在 BGA 組裝過(guò)程中
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