BGA焊接檢測(cè)方法

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的BGA封裝類(lèi)型主要有：PBGA(塑料BGA)、CBGA(陶瓷BGA)及TBGA(載帶BGA)。BGA基板上的焊球不論是通過(guò)高溫焊球轉(zhuǎn)換，還是采用球射工藝形成，焊球都有可能掉下、丟失，或者成型過(guò)大、過(guò)小。或者發(fā)生焊球連、缺損等情況。因此，需要對(duì)BGA的焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)控制。目前，常用的BGA檢測(cè)是按以下三個(gè)步驟進(jìn)行的。

步驟1 邊界掃描測(cè)試

用這種方法首先查找開(kāi)路與短路的缺陷點(diǎn)。具體方法是在電路板的預(yù)制點(diǎn)確定一個(gè)使信號(hào)流入測(cè)試板、數(shù)據(jù)流入ATE的接口。進(jìn)行實(shí)際電連接。如果印制電路板有足夠的空間設(shè)定測(cè)試點(diǎn)。系統(tǒng)就能快速、有效地查找到開(kāi)路、短路及故障元件。這就要求在先期進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)留一定的檢測(cè)口。借助測(cè)試儀器，采用電測(cè)試法也可用來(lái)檢查元件的功能。測(cè)試儀器一般由微機(jī)控制，對(duì)一些常用元件，如在檢測(cè)二極管、三極管時(shí)用直流電平測(cè)試儀器；檢測(cè)電容、電感時(shí)用交流測(cè)試儀器；而測(cè)試低數(shù)值電容及電感、高阻值電阻時(shí)用高頻信號(hào)測(cè)試儀器。

步驟2 邊界掃描測(cè)試

邊界掃描是為了解決一些與復(fù)雜元件及封裝密度有關(guān)的問(wèn)題。采用邊界掃描技術(shù)，將功能線路與檢測(cè)線路分離開(kāi)。并記錄通過(guò)元件的檢測(cè)數(shù)據(jù)，以便測(cè)試所檢查IC元件上每一個(gè)焊接點(diǎn)的開(kāi)路、短路情況。邊界掃描檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)邊緣連接器給每一個(gè)焊點(diǎn)提供一條通路，從而免除全節(jié)點(diǎn)查找的麻煩。電測(cè)試與邊界掃描檢測(cè)都主要用以測(cè)試電性能，卻不能較好檢測(cè)焊接的質(zhì)量。為提高并保證生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量，必須采用×射線測(cè)試方法來(lái)檢測(cè)焊接質(zhì)量,尤其是不可見(jiàn)焊點(diǎn)的質(zhì)量。

步驟3 X射線測(cè)試

目前，X射線檢測(cè)是有效檢測(cè)不可見(jiàn)焊點(diǎn)質(zhì)量的主要方法。由于×射線不能透過(guò)焊料，所以X射線透視圖可顯示焊接厚度、形狀及質(zhì)量的密度分布。厚度與形狀不僅能反映結(jié)構(gòu)質(zhì)量的指標(biāo)，在測(cè)定開(kāi)路、短路及焊接缺陷時(shí)，也是一項(xiàng)很有用的指標(biāo)。

檢測(cè)方法分為以下兩種：

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。大多數(shù)檢測(cè)設(shè)備都配有手動(dòng)或電動(dòng)輔助裝置使組件傾斜，以便更好地進(jìn)行檢測(cè)和攝像。人工檢測(cè)方法的缺陷是容易出錯(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)，而只適合作工藝鑒定和工藝故障分析。這一點(diǎn)提請(qǐng)加工單位注意。

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)的檢測(cè)正確度比人工×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要嚴(yán)格作到一一對(duì)應(yīng)，送給返修人員。生產(chǎn)廠家還應(yīng)該對(duì)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，改進(jìn)生產(chǎn)工藝。

當(dāng)前投放市場(chǎng)的×射線測(cè)試儀品種很多。中小企業(yè)可以根據(jù)自己的產(chǎn)能、加工要求、電路板的形狀和大小靈活選用。最近較新出現(xiàn)的超高分辨率X射線系統(tǒng)在檢測(cè)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(wèn)題(包括焊接缺陷)提供了較全面的、快捷的解決方法。另外，設(shè)備的放置、人員的配置等因素也要加以考慮。

BGA的檢測(cè)工作是一項(xiàng)非常細(xì)致的工作，對(duì)操作人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)都有很高的要求,生產(chǎn)廠家一定要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，有針對(duì)性地制定出詳細(xì)的操作工藝。

由于BGA封裝形式與傳統(tǒng)的表面元件不同，其引腳(球)分布在元件體底部，所以BGA的維修方式也不同于傳統(tǒng)的表面元件。BGA返修工藝主要包括以下幾步：

1)預(yù)熱電路板、芯片

預(yù)熱的主要目的是將潮氣去除。如果電路板和芯片的潮氣很小(如芯片剛拆封)，這一步可以免除。

2)拆除芯片

拆除的芯片如果不打算重新使用，而且電路板可承受高溫，拆除芯片可采用較高的溫度(較短的加熱周期)。

3)清潔焊盤(pán)

主要是將拆除芯片后留在PCB表面的助焊劑，焊錫膏清理掉，必須使用符合要求的清潔劑。為了保證BGA的焊接可靠性，不能使用焊盤(pán)上的殘留焊錫膏，必須將舊的焊錫膏清除掉，除非芯片上重新形成BGA焊錫球。由于BGA芯片體積小，清潔焊盤(pán)比較困難，所以在返修CSP芯片時(shí)，可考慮使用非清洗焊劑。

4)涂焊錫膏、助焊劑

在PCB上涂焊錫膏對(duì)于BGA的二次焊接質(zhì)量有重要影響。為了準(zhǔn)確均勻方便地涂焊錫膏，可選用標(biāo)準(zhǔn)的、與芯片相符的涂錫模板，將焊錫膏涂在電路板上。選擇模板時(shí)，應(yīng)注意模板的厚度，以便嚴(yán)格控制焊錫膏的用量。對(duì)個(gè)別焊接要求較高的器件必須用專(zhuān)用設(shè)備(如BGA3000或MP-2000微型光學(xué)對(duì)中系統(tǒng))檢驗(yàn)焊錫膏是否涂的均勻。目前。常用的焊錫膏有3可以選擇：RMA焊錫膏、非清洗焊錫膏、水劑焊錫膏。使用RMA焊錫膏。回流焊時(shí)間可略長(zhǎng)些；使用非清洗焊錫膏，回流溫度應(yīng)選的低些。

5)貼片

貼片時(shí)要注意使BGA芯片上的每一個(gè)焊錫球與PCB上相應(yīng)的焊點(diǎn)對(duì)正。由于BGA芯片的焊點(diǎn)位于肉眼不能觀測(cè)到的部位，所以必須使用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備來(lái)對(duì)中。目前常用的BGA3000和MP-2000等多種儀器都可以精確地完成這項(xiàng)任務(wù)。

6)熱風(fēng)回流焊

熱風(fēng)回流焊是整個(gè)返修工藝的關(guān)鍵。為保證焊接質(zhì)量，有幾個(gè)問(wèn)題一定要重視：

·芯片返修回流焊的曲線應(yīng)當(dāng)與芯片的原始焊接曲線接近。熱風(fēng)回流焊曲線可分成四個(gè)區(qū)間：預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、回流區(qū)、冷卻區(qū)。四個(gè)區(qū)間的溫度、時(shí)間參數(shù)可以分別設(shè)定，通過(guò)與計(jì)算機(jī)連接，可以將這些程序存儲(chǔ)和隨時(shí)調(diào)用。

·在回流焊過(guò)程中要正確選擇各區(qū)的加熱溫度和時(shí)間，同時(shí)應(yīng)注意升溫的速度，一般，在100℃以前，最大的升溫速度不超過(guò)6℃／秒，100℃以后最大的升溫速度不超過(guò)3℃／秒。在冷卻區(qū)，最大的冷卻速度不超過(guò)6℃／秒。因?yàn)檫^(guò)高的升溫和降溫速度有可能損壞PCB和芯片，這種損壞有時(shí)是肉眼不能觀察到的。

·熱風(fēng)回流焊中，PCB板的底部必須能夠承受加熱。這種加熱的目的有兩個(gè)：避免由于PCB板的單面受熱而產(chǎn)生翹曲和變形，使焊錫膏溶化的時(shí)間縮短。對(duì)大尺寸板返修BGA，這種底部加熱尤其重要。底部加熱有兩種方式：一種是熱風(fēng)加熱，一種是紅外加熱。熱風(fēng)加熱的優(yōu)點(diǎn)是加熱均勻，一般返修工藝建議采用這種加熱。紅外加熱的優(yōu)點(diǎn)是溫度升高快，但缺點(diǎn)是PCB受熱不均勻。

·要選擇適當(dāng)?shù)臒犸L(fēng)回流噴嘴。熱風(fēng)回流噴嘴屬于非接觸式加熱，應(yīng)該將整個(gè)BGA元件單獨(dú)封閉起來(lái)，加熱時(shí)依靠高溫空氣流使BGA芯片上的各焊點(diǎn)的焊錫同時(shí)溶化，保證在整個(gè)回流過(guò)程中有穩(wěn)定的溫度環(huán)境，同時(shí)可保護(hù)相鄰元件不被對(duì)流熱空氣加熱損壞。

本文僅對(duì)BGA器件的檢測(cè)和返修工藝作了說(shuō)明，只要按照正確的步驟操作，BGA器件的焊接并不是一件神秘的工作。希望廣大的中小企業(yè)集思廣益，不斷完善生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品合格率。

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