BGA 技術是將原來器件 PLCC/QFP 封裝的 "J" 形或翼形引線，改變成球形引腳；把從器件本體四周 " 單線性 "
順列引出的引線，改變成本體腹底之下 " 全平面 " 式的格柵陣排列。這樣既可以疏散引腳間距，又能夠增加引腳數目。同時 BGA
封裝還有如下一些優(yōu)點；減少引腳缺陷，改善共面問題，減小引線間電感及電容，增強電性能及散熱性能。正因如此，所以在電子元器件封裝領域中，
BGA 技術被廣泛應用。尤其是近些年來，以 BGA 技術封裝的元器件在市場上大量出現，并呈現高速增長的趨勢。
雖然 BGA 技術在某些方面有所突破，但并非是十全十美的。由于 BGA
封裝技術是一種新型封裝技術，與 QFP 技術相比 ，有許多新技術指標需要得到控制。另外，它焊裝后焊點隱藏在封裝之下，不可能 100
％目測檢測表面安裝的焊接質量，為 BGA 安裝質量控制提出了難題。下面就國內外對這方面技術的研究、開發(fā)應用動態(tài)作些介紹和探討。
1 BGA 焊前檢測與質量控制
生產中的質量控制非常重要，尤其是在 BGA 封裝中，任何缺陷都會導致 BGA
封裝元器件在印制電路板焊裝過程出現差錯，會在以后的工藝中引發(fā)質量問題。封裝工藝中所要求的主要性能有 : 封裝組件的可靠性；與 PCB
的熱匹配性；焊料球的共面性；對熱、濕氣的敏感性；是否能通過封裝體邊緣對準性，以及加工的經濟性等。需指出的是， BGA
基板上的焊球無論是通過高溫焊球（ 90Pb/10Sn
）轉換，還是采用球射工藝形成，焊球都有可能掉下丟失，或者形成過大、過小，或者發(fā)生焊料橋接、缺損等情況。因此，在對 BGA
進行表面貼裝之前，需對其中的一些指標進行檢測控制。
英國 Scantron 公司研究和開發(fā)的 Proscan1000,
用于檢查焊料球的共面性、封裝是否變形以及所有的焊料球是否都在。 Proscan1000 采用三角激光測量法，測量光束下的物體沿 X 軸和
Y 軸移動，在 Z 軸方向的距離，并將物體的三維表面信息進行數字化處理，以便分析和檢查。該軟件以 2000 點 /s 的速度掃描 100
萬個數據點，直到亞微米級。掃描結果以水平、等量和截面示圖顯示在高分辯率 VGA 監(jiān)視器上。 Prosan1000
還能計算表面粗糙度參數、體積、表面積和截面積。
2 BGA 焊后質量檢測
使用球柵陣列封裝（ BGA ）器給質量檢測和控制部門帶來難題：如何測試焊后安裝質量。由于這類器件焊裝后，檢測人員不可能見到封裝材料下面的部分，從而使用目檢焊接質量成為空談。其它如板截芯片（
OOB ）及倒裝芯片安裝等新技術也面臨著同樣的問題。而且與 BGA 器件類似， QFP 器件的 RF
屏蔽也擋住了視線，使目檢者看不見全部焊點。為滿足用戶對可靠性的要求，必須解決不可見焊點的檢測問題。光學與激光系統的檢測能力與目檢相似，因為它們同樣需要視線來檢測。即使使用
QFP 自動檢測系統 AOI(Automated Optical Inspection)
也不能判定焊接質量，原因是無法看到焊接點。為解決這些問題，必須尋求其它檢測辦法。目前的生產檢測技術有電測試、邊界掃描及X 射線檢測。
2.1 電測試
傳統的電測試是查找開路與短路缺陷的主要方法。其唯一目的是在板的預置點進行實際的電連接，這樣便可以提供使信號流入測試板、數據流入 ATE
的接口。如果印制電路板有足夠的空間設定測試點，系統也可檢查器件的功能。測試儀器一般由微機控制，檢測每塊 PCB
時，需要相應的針床和軟件。對于不同的測試功能，該儀器可提供相應工作單元來進行檢測。例如，測試二極管、三極管直流電平單元；測試電容、電感時用交流單元；而測試低數值電容、電感及高阻值電阻時用高頻信號單元。但在封裝密度與不可見焊點數量都大量增加時，尋找線路節(jié)點則變得昂貴、不可靠。
2.2 邊界掃描檢測
邊界掃描技術解決了一些與復雜器件及封裝密度有關的問題。采用邊界掃描技術，每一個 IC
器件設計有一系列寄存器，將功能線路與檢測線路分離開，并記錄通過器件的檢測數據。測試通路檢查 IC
器件上每一個焊接點的開路、短路情況�；谶吔鐠呙柙O計的檢測端口，通過邊緣連接器給每個焊點提供一條通路，從而免除全節(jié)點查找的需要。盡管邊界掃描提供了比電測試更廣的不可見焊點檢測范圍，但也必須為掃描檢測專門設計印制電路板與
IC
器件。電測試與邊界掃描檢測主要用以測試電性能，卻不能較好地檢測焊接質量。為提高并保證生產過程中的質量，必須尋找其它方法來檢測焊接質量，尤其是不可見焊點的質量。
2.3 X 射線測試
另一種檢測方法是 X 射線檢測法，換言之， X
射線透視圖可顯示焊接厚度、形狀及質量的密度分布。厚度與形狀不僅是反映長期結構質量的指標，在測定開路、短路缺陷及焊接不足方面，也是很好的指標。此技術有助于收集量化的過程參數并檢測缺陷。在今天這個生產競爭的時代，這些補充數據有助于降低新產品開發(fā)費用，縮短投放市場的時間。
（1）X 射線圖像檢測原理
X 射線由一個微焦點 X 射線管產生，穿過管殼內的一個鈹窗，并投射到試驗樣品上。樣品對 X
射線的吸收率或透射率取決于樣品所包含材料的成分與比率。穿過樣品的 X 射線轟擊到 X
射線敏感板上的磷涂層，并激發(fā)出光子，這些光子隨后被攝像機探測到，然后對該信號進行處理放大，由計算機進一步分析或觀察。不同的樣品材料對 X
射線具有不同的不透明系數見表1. 處理后的灰度圖像顯示了被檢查的物體密度或材料厚度的差異。
（2）人工 X 射線檢測
使用人工 X
射線檢測設備，需要逐個檢查焊點并確定其是否合格。該設備配有手動或電腦轉輔助裝置使組件傾斜，以便更好地進行檢測和攝像。詳細定義的標準或目視檢測圖表可指導評估圖像。但通常的目視檢測要求培訓操作人員，并且容易出錯。此外，人工設備并不適合對全部焊點進行檢測，而只適合工藝鑒定和工藝故障分析。
（3）自動檢測系統
全自動系統能對全部焊點進行檢測。雖然已定義了人工檢測標準，但全自動系統的復測正確度比人工 X
射線檢測方法高得多。自動檢測系統通常用于產量高且品種少的生產設備上，具有高價值或要求可靠性的產品也需要進行自動檢測。檢測結果與需要返修的電路板一起送給返修人員。這些結果還能提供相關的統計資料，用于改進生產工藝。
自動檢測系統需要設置正確的檢測參數。大多數新系統的軟件中都定義了檢測指標，但必須重新制訂，要適應以生產工藝中所特有的因素。否則可能錯誤的信息并且降低系統的可靠性。
自動 X 射線分層系統使用了三維剖面技術。該系統能夠檢測單面板和雙面板表面貼裝電路板，而沒有傳統的
X 射線系統的局限性。系統通過軟件定義了所要檢查焊點的面積和高度，把焊點剖成不同的截面，從而為全部檢測建立完整的剖面圖。
目前已有兩種檢測焊接質量的自動測試系統統上市：傳輸 X 射線測試系統與斷面 X
射線自動測試系統。傳輸 X 射線系統源于 X 射線束沿通路復合吸收的特性。對 SMT 的某些焊接，如單面 PCB 上的 J
型引線與細間距 QFP ，傳輸 X 射線系統是測定焊接質量最好的方法，但它卻不能區(qū)分垂直重疊的特征。因此，傳輸 X 射線透視圖中，
BGA 器件的焊縫被其引線的焊球遮掩。對于 RF 屏蔽之下的雙面密集型 PCB 及元器件的不可見焊接，也存在這類問題。
斷面 X 射線測試系統克服了傳輸 X
射線測試系統的眾多問題。它設計了一個聚焦斷面，并通過使目標區(qū)域上下平面散焦的方法，將 PCB
的水平區(qū)域分開。該系統的成功在于只需較短的測試開發(fā)時間，就能準確檢測出焊接缺陷。就多數線路板而言， " 無夾具 "
也有助于減少在產品檢測上所花的精力。對于小體積的復雜產品，制造廠商最好使用斷面 X 射線測試系統。雖然所有方法都可檢查焊接點，但斷面 X
射線測試系統提供了一種非破壞性的測試方法，可檢測所有類型的焊接質量，并獲得有價值的調整組裝工藝的信息。
（4）選擇合適的 X 射線檢測系統
選擇適合實際生產應用的。有較高性能價格比 X
射線檢測系統以滿足質量控制需要是一項十分重要的工作。最近較新的超高分辯率 X
射線系統在檢測及分析缺陷方面已達微米水平，為生產線上發(fā)現較隱蔽的質量問題（包括焊接缺陷）提供了較全面的、也比較省時的解決方案。在決定購買檢測
X 射線系統之前。一定要了解系統所需的最小分辯率，見表 2
。與些同時也就決定了所要購置的系統的大致價格。當然，設備放置、人員配備等因素也要在選購時全盤考慮。
3 結束語
隨著 BGA 封裝器件的出現并大量進入市場，針對高封裝密度、焊點不可見等特點，電子廠商為控制 BGAs
的焊裝質量，需充分應用高科技工具、手段，努力掌握和大力提高檢測技術水平。使用新的工藝方法能有與之相適應、相匹配的檢測手段。只有這樣，生產過程中的質量問題才能得到控制中。而且，把檢測過程中反映出來的問題反饋到生產工藝中去加以解決，將會使生產更加順暢，減少返修工作量。 |
