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BGA焊接质量资料

时间:2013-08-21 10:56:14 来源:鼎华科技 点击: 2403次

BGA焊接质量资料

 

BGA器件及其焊点的质量控制

随着科学技能的不停生长,当代社会与电子技能息息相干,超小型移动德律风、超小型步话机、便携式盘算机、存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器、高清楚度电视机等都对产物的小型化、轻型化提出了苛刻的要求。要到达达一目的,就必须在生产工艺、元器件方面动手举行深入研究。 SMT(Surface Mount Technology 表面安置)技能适应了这一潮水,为实现电子产物的轻、薄、短、小打下了底子。
  SMT
技能进入90年月以来,走向了成熟的阶段,但随着电子产物向便据式/小型化、网络化和多媒体化偏向的敏捷生长,对电子组装技能提出了更高的要求,新的高密度组装技能不停涌现,此中BGA(Ball Grid Array 球栅阵列封装)便是一项已经进入实用化阶段的高密度组装技能。本文试图就BGA器件的组装特点以及焊点的质量控制作一先容。

1 BGA
技能简介
  BGA
技能的研究始于60年月,最早被美国IBM公司接纳,但不停到90年月初,BGA 才真正进入实用化的阶段。
 
80年月,人们对电子电路小型化和I/O引线数提出了更高的要求。固然SMT使电路组装具有轻、薄、短、小的特点,对付具有高引线数的精致间距器件的引线间距以及引线共平面度也提出了更为严酷的要求,但是由于受到加工精度、可生产性、本钱和组装工艺的制约,一样通常以为 QFP(Quad Flat Pack 方型扁平封装)器件间距的极限为0.3mm,这就大大限定了高密度组装的生长。别的,由于精致间距QFP器件对组装工艺要求严酷,使其应用受到了限定,为此美国一些公司就把细致力放在开辟和应用比QFP器件更良好的BGA器件上。
 
精致间距器件的范围性在于细引线易弯曲、质脆而易断,对付引线间的共平面度和贴装精度的要求很高。 BGA技能接纳的是一种全新的计划头脑方法,它接纳将圆型大概柱状点隐蔽在封装下面的布局,引线间距大、引线长度短。如许, BGA就消除了精致间距器件中由于引线题目而引起的共平面度和翘曲的题目。
  JEDEC(
电子器件工程团结会)(JC-11)的产业部分订定了BGA封装的物理尺度,BGAQFD相比的最大长处是I/O引线间距大,已注册的引线间距有1.01.271.5mm,并且现在正在保举由1.27mm1.5mm间距的BGA代替0.4mm-0.5mm的精致间距器件。
    BGA
器件的布局可按焊点形状分为两类:球形焊点和校状焊点。球形焊点包罗陶瓷球栅阵列 CBGA(Ceramic Ball Grid Array)、载带主动键合球栅阵列 TBGA(Tape Automatec Ball Grid Array)塑料球栅阵列PBGA(Plastic Ball Array) CBGATBGAPBGA是按封装方法的差别而分别的。柱形焊点称为CCGA(Ceramic Column Grid Array)
  BGA
技能的出现是IC器件从四边引线封装到阵列焊点封装的一猛进步,它实现了器件更小、引线更多,以及精良的电性能,别的另有一些超过通例组装技能的性能上风。这些性能上风包罗高密度的I/O接口、良好的热耗散性能,以及可以大概使小型元器件具有较高的时钟频率。
 
由于BGA器件相对而言其间距较大,它在再流焊接历程中具有主动分列定位的本领,以是它比相雷同的别的元器件,比方QFP,操纵便捷,在组装时具有高可靠性。据外洋一些印刷电路板制造技能资料反应, BGA器件在利用通例的SMT工艺规程和设置装备部署举行组装生产时,可以大概始终如一地实现缺陷率小于20(PPM),而与之相对应的器件,比方QFP,在组装历程中所形成的产物缺陷率至少要超过其10倍。
 
综上所述, BGA器件的性能和组装优于通例的元器件,但是很多生产厂家仍旧不乐意投资开辟大批量生产BGA器件的本领。究其缘故原由重要是BGA器件焊接点的测试相称困难,不容易包管其质量和可靠性。

2 BGA
器件焊接点检测中存在的题目
 
现在,对以中等范围到大范围接纳BGA器件举行电子组装的厂商,重要是接纳电子测试的方法来筛选BGA器件的焊接缺陷。在BGA器件装置时期控制装置工艺历程质量和辨别缺陷的别的措施,包罗在焊剂漏印(Paste Screening)上取样测试和利用X射线举行装置后的终极查验,以及对电子测试的结果举行阐发。
 
满意对BGA器件电子测试的评定要求是一项极具挑衅性的技能,由于在BGA器件下面选定溯试点是困难的。在查抄和辨别BGA器件的缺陷方面,电子测试通常是无能为力的,这在很大程度上增长了用于清除缺陷和返修时的用度付出。
 
据一家国际一流的盘算机制造商反应,从印刷电路板装置线上剔除的全部BGA器件中的50%以上,接纳电子测试方法对其举行测试是失败的,它们现实上并不存在缺陷,因而也就不该该被剔除失。电子测试不行以大概确定是否是BGA器件引起了测试的失效,但是它们却因此而被剔除失。对其相干界面的细致研究可以大概淘汰测试点和进步测试的正确性,但是这要求增长管芯级电路以提供所需的测试电路。
 
在检测BGA器件缺陷历程中,电子测试仅能确认在BGA毗连时,果断导电电流是通照旧断?要是帮助于非物理焊接点测试,将有助于组装工艺历程的改进和SPC(Statistical Process Control统计工艺控制)
  BGA
器件的组装是一种根本的物理毗连工艺历程。为了可以大概确定和控制如许一种工艺历程的质量,要求相识和测试影响其恒久事情可靠性的物理因素,比方:焊料量、导线与焊盘的定位环境,以及润湿性,不然试图单单基于电子测试所产生的结果举行修改,令品德忧。

3 BGA
器件检测方法的探索
 
测试 BGA器件毗连点的物理特性和确定怎样才气始终如一地在装置工艺历程中形成可靠毗连的本领,在开始举行工艺历程研究时期显得分外的重要。这些测试所提供的反馈信息影响到每个工艺历程的调解,大提要变更焊接点的参数。
 
物理测试可以大概评释焊剂漏印的变革环境,以及BGA器件毗连点在整个再流工艺历程中的环境,也可以评释在一块板上全部BGA的环境,以及从一块板到另一块板的BGA环境。举例来说,在再流焊接时期,非常的环境湿度陪同着冷却时间的变革,将在BGA焊接点的清闲数目和尺寸巨细上敏捷反应出来。在BGA器件生产好以后,大量的测试对付组装历程控制而言仍旧是要害,但是可以思量低落查抄的深入程度。
 
可以用于对整个BGA器件组装工艺历程举行准确丈量和质量检测的查验设置装备部署非常少,主动化的激光检测设置装备部署可以大概在元器件贴装前测试焊剂的涂覆环境,但是它们的速率迟钝,不克不及用来查验BGA器件焊接点的再流焊接质量。
 
现在很多生产厂商用于阐发电子测试结果的X射线设置装备部署,也存在可否测试BGA器件焊接点再流焊特性的题目。接纳X射线装置,在焊盘层焊料的图象是阴影,这是由于在焊接点焊料处在它上方的缘故。在不行拆( non-collapsible) BGA器件中,由于前置焊球的缘故,也会出现阴影征象。比方:当BGA中打仗点升浮在印刷电路板焊盘的上方,产生断路征象时,由于前面的前置焊球使得确定这一征象显得非常困难。
 
这是由于焊料大概前置焊球所引发的阴影结果限定了X射线设置装备部署的检测事情,使之仅能大略地反应BGA的工艺历程缺陷,比方:桥接征象。同时也影响到检测边沿部份的工艺缺陷,像焊料不敷,大概由于污染引起的断路征象。
 
仅有横截面X射线检测技能,比方:X射线分层法,可以大概降服上述条件的制约。横截面X射线检测技能具有可以大概查出隐蔽的焊接点缺陷的本领,通过对焊盘层焊接点的聚焦,可以大概展现出BGA焊接点的毗连环境。在同样的环境下,接纳X射线设各所得到的图像中,现实环境大概被隐蔽失了,从而不行以大概反应出真实的环境。
 
焊料的数目以及它在毗连点的漫衍环境,通过在BGA毗连点的二个或更多个差别的高度(比方:在印制电路板焊盘打仗面,在元器件打仗面,大概在元器件和印刷电路板之间的一半高度)所产生的横截面图像大概程度切片予以直接丈量,再联条约类BGA毗连点的多次切片丈量,可以大概有用地提供三维测试,可以在对BGA毗连点不举行物理横截面操纵的环境下举行检测。
 
凭据BGA毗连点的通例布局,在每个横截面X射线图像切片内,详细毗连点的特性被举行分散并予于以丈量,从而提供定量的统计工艺控制(SPC)丈量,SPC丈量可以大概用于追踪历程偏移,以及将其特性归入对应的缺陷领域。
 
如图1所示,超过三个图像切片就可以大概得到不行拆BGA的焊接点环境,在图1印刷电路权焊料切片中央定位于印刷电路板焊盘界面上,低共熔点焊料焊接表面内,焊料球切片中央定位引线焊球( lead solder ball)内,元器件焊盘切片中央定位于元器件界面的低共熔点焊料焊接表面线内。可拆卸BGA焊接点,通过两个大概更少的图像切片就可以反应其全部特性,图像切片中央可以订价于印刷电路板的焊盘界面处,也可以是在元器件界面处大概仅仅是在元器件和印刷电路板之间的一半位置处。
 
通过X射线分层法切片,在BGA焊接点处可以获取如下四个根本的物理超试参数:
 
焊接点中央的位置
 
焊接点中央在差别图像切片中的相对位置,评释元器件在印刷电路扳焊盘上的定位环境。
 
焊接点半径
 
焊接点半径丈量评释在特定层面上焊接点中焊料的相应数目,在焊盘层的半径丈量评释在焊剂漏印(PasteScreening)工艺历程中以及因焊盘污染所产生的任何变革,在球层(ball level)的半径丈量评释超过元器件大概印刷电路板的焊接点共面性题目。
 
以焊接点为中央取多少个环线,丈量每个环线上焊料的厚度
 
环厚度丈量和它们的种种变革率,展示焊接点内的焊料漫衍环境,利用这些参数在辩别润湿状态优劣和清闲存在环境时显得分外的有用。
 
焊接点形状相对付圆环的偏差(也称为圆度)
 
焊接点的圆度表现焊料围绕焊接点漫衍的匀称环境,作为统一个园相比力,它反应与中央瞄准和润湿的环境。

总的来说,上述测试所提供的信息数据,对付确定焊接点布局的完备姓,以及相识BGA装置工艺实行历程中每个步调的性能环境黑白常重要的。掌握了这些在BGA组装历程中所提供的信息和这些物理测试之间的相互干系,可以大概用于防备位移征象的产生,别的可改进相干的工艺历程,以消除缺陷征象的产生。图2示出了接纳x射线分层法控制BGA焊接质量的环境。接纳x射线分层法可以大概反应BGA组装工艺历程中任何一个阶段所产生的缺陷。

4
两种常见的缺陷
4.1
不行拆BGA焊接点的断路
 
不行拆BGA焊接点地方产生的断路征象,通常是由于焊盘污染所引起的,由于焊料不克不及润湿印刷电路板上的焊盘,它向上到焊料球不停到元器件界面上。如前面所叙,电子测试可以大概确定断路征象的存在,但是不克不及区别:这是由于焊盘污染所引起的呢?照旧由于焊料漏印工艺历程控制不住所引起的?利用X射线设置装备部署举行测试,也不克不及展现断路征象,这是由于受到前置焊科球阴影的影响。
 
利用横截面X射线检测技能,可以大概通过在焊盘层和元器件层中心获取的图像切片,辩别出这种由于污染所引起的断路征象。由于污染所引起的断路征象,会产生微小的焊盘半径和较大的元器件半径尺寸,以是可以利用元器件半径和焊盘半径的差别来区分断路征象是否是由于污染引起的。由于焊料不敷所引起的断路征象其半径之间的差别黑白常小的,只有利用横截面x射线检测设置装备部署才可以大概辩别出这一差别。
4.2
可拆卸BGA焊接中清闲
 
可拆卸BGA焊接中的清闲是由于活动的蒸汽被扣留在低共熔点焊料焊接地方产生的。在可拆卸BGA焊接点处出现清闲是一种重要的缺陷征象。在再流焊接时期,由于清闲所产生的浮力影响会互助用在元器件的界面上,因此所涉及到的绝大数焊接点失效征象,也都产生在那边。
 
所出现的清闲征象可以通过在实行再流焊接工艺历程时期举行预加热,以及通过增是非暂的预热时间和较低的预热温度予以消除。当清闲超过肯定的尺寸巨细、数目大概密度时可靠性将明显低落,不外如今也有一种说法以为,不要对清闲予以限定,而是要加快其破碎扩散,使其早日失效并予以剔除。可拆卸BGA焊接中的清闲,可以通过在元器件层获取的横截面x射线图像切片中清楚地农现出来。有些清闲在这些图像内可以大概被确定和丈量,大概通过左DGA焊接点半径地方产生的明显增长征象而被间接地表现出来。

5
竣事语
 
本文简述了BGA器件的组装特点以及其焊接点处的检测。随着BGA器件在电子产物中愈来愈受到遍及的应用,可否制造出优质的BGA器件成为人们极存眷的,也是BGA器件满意当今市场需求所必须做到的。在减小BGA尺寸,简扮装置工艺历程的同时,对改进BGA性能的要求也在同阵势增长。由于在印刷电路板装置线上BGA器件的数目明显增长,这就要求我们可以大概有用地评定BGA焊接点是否具有恒久可靠性,而不但仅满意于确定电路是通照旧断。
 
通过横截面x射线图像的阐发,可以大概对BGA焊接点的质量环境提供定量的SPC丈量。它可以大概有用地低落缺陷串和改进整个装置工艺历程。分外必要指出的是,利用横截面X射线检测可以大概改进工艺历程和低落用度,以满意大批量的生产要求,终极以电子产物的高可靠性来加强其市场竞争本领,取得更好的经济效益。

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