BGA焊接檢測方法

目前市場上出現(xiàn)的BGA封裝類型主要有：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，或者成型過大、過小。或者發(fā)生焊球連、缺損等情況。因此，需要對BGA的焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測控制。目前，常用的BGA檢測是按以下三個步驟進(jìn)行的。

步驟1 邊界掃描測試

用這種方法首先查找開路與短路的缺陷點。具體方法是在電路板的預(yù)制點確定一個使信號流入測試板、數(shù)據(jù)流入ATE的接口。進(jìn)行實際電連接。如果印制電路板有足夠的空間設(shè)定測試點。系統(tǒng)就能快速、有效地查找到開路、短路及故障元件。這就要求在先期進(jìn)行電路板設(shè)計時要預(yù)留一定的檢測口。借助測試儀器，采用電測試法也可用來檢查元件的功能。測試儀器一般由微機(jī)控制，對一些常用元件，如在檢測二極管、三極管時用直流電平測試儀器；檢測電容、電感時用交流測試儀器；而測試低數(shù)值電容及電感、高阻值電阻時用高頻信號測試儀器。

步驟2 邊界掃描測試

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)的問題。采用邊界掃描技術(shù)，將功能線路與檢測線路分離開。并記錄通過元件的檢測數(shù)據(jù)，以便測試所檢查IC元件上每一個焊接點的開路、短路情況。邊界掃描檢測的優(yōu)點是通過邊緣連接器給每一個焊點提供一條通路，從而免除全節(jié)點查找的麻煩。電測試與邊界掃描檢測都主要用以測試電性能，卻不能較好檢測焊接的質(zhì)量。為提高并保證生產(chǎn)過程的質(zhì)量，必須采用×射線測試方法來檢測焊接質(zhì)量,尤其是不可見焊點的質(zhì)量。

步驟3 X射線測試

目前，X射線檢測是有效檢測不可見焊點質(zhì)量的主要方法。由于×射線不能透過焊料，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)，在測定開路、短路及焊接缺陷時，也是一項很有用的指標(biāo)。

檢測方法分為以下兩種：

人工X射線檢測

使用人工X射線檢測設(shè)備。需要逐個檢查焊點并確定其是否合格。大多數(shù)檢測設(shè)備都配有手動或電動輔助裝置使組件傾斜，以便更好地進(jìn)行檢測和攝像。人工檢測方法的缺陷是容易出錯。此外，人工設(shè)備并不適合對全部焊點進(jìn)行檢測，而只適合作工藝鑒定和工藝故障分析。這一點提請加工單位注意。

自動檢測系統(tǒng)

全自動系統(tǒng)能對全部焊點進(jìn)行檢測。雖然已定義了人工檢測標(biāo)準(zhǔn)，但全自動系統(tǒng)的檢測正確度比人工×射線檢測方法高得多。自動檢測系統(tǒng)通常用于產(chǎn)量高且品種少的生產(chǎn)設(shè)備上；具有高價值或要求可靠性的產(chǎn)品也需要進(jìn)行自動檢測。

檢測結(jié)果與需要返修的電路板要嚴(yán)格作到一一對應(yīng)，送給返修人員。生產(chǎn)廠家還應(yīng)該對檢測結(jié)果及時進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)生產(chǎn)工藝。

當(dāng)前投放市場的×射線測試儀品種很多。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的檢測工作是一項非常細(xì)致的工作，對操作人員的素質(zhì)和經(jīng)驗都有很高的要求,生產(chǎn)廠家一定要根據(jù)實際生產(chǎn)情況，有針對性地制定出詳細(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

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，清潔焊盤比較困難，所以在返修CSP芯片時，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，應(yīng)注意模板的厚度，以便嚴(yán)格控制焊錫膏的用量。對個別焊接要求較高的器件必須用專用設(shè)備(如BGA3000或MP-2000微型光學(xué)對中系統(tǒng))檢驗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。回流焊時間可略長些；使用非清洗焊錫膏，回流溫度應(yīng)選的低些。

5)貼片

貼片時要注意使BGA芯片上的每一個焊錫球與PCB上相應(yīng)的焊點對正。由于BGA芯片的焊點位于肉眼不能觀測到的部位，所以必須使用專門的設(shè)備來對中。目前常用的BGA3000和MP-2000等多種儀器都可以精確地完成這項任務(wù)。

6)熱風(fēng)回流焊

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

·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區(qū)間：預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、回流區(qū)、冷卻區(qū)。四個區(qū)間的溫度、時間參數(shù)可以分別設(shè)定，通過與計算機(jī)連接，可以將這些程序存儲和隨時調(diào)用。

·在回流焊過程中要正確選擇各區(qū)的加熱溫度和時間，同時應(yīng)注意升溫的速度，一般，在100℃以前，最大的升溫速度不超過6℃／秒，100℃以后最大的升溫速度不超過3℃／秒。在冷卻區(qū)，最大的冷卻速度不超過6℃／秒。因為過高的升溫和降溫速度有可能損壞PCB和芯片，這種損壞有時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：避免由于PCB板的單面受熱而產(chǎn)生翹曲和變形，使焊錫膏溶化的時間縮短。對大尺寸板返修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)點是溫度升高快，但缺點是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BGA元件單獨封閉起來，加熱時依靠高溫空氣流使BGA芯片上的各焊點的焊錫同時溶化，保證在整個回流過程中有穩(wěn)定的溫度環(huán)境，同時可保護(hù)相鄰元件不被對流熱空氣加熱損壞。

本文僅對BGA器件的檢測和返修工藝作了說明，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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