BGA器件及其焊点的质量控制.doc

BGA器件及其焊点的质量控制华东计算机技术研究所胡志勇随着科学技术的不断发展，现代社会与电子技术息息相关，超小型移动电话、超小型步话机、便携式计算机、存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器、高清晰度电视机等都对产品的小型化、轻型化提出了苛刻的要求。要达到达一目标，就必须在生产工艺、元器件方面着手进行深入研究。SMT(SurfaceMountTechnology表面安装)技术顺应了这一潮流，为实现电子产品的轻、薄、短、小打下了基础。SMT技术进入90年代以来，走向了成熟的阶段，但随着电子产品向便据式／小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展，对电子组装技术提出了更高的要求，新的高密度组装技术不断涌现，其中BGA(BallGridArray球栅阵列封装)就是一项已经进入实用化阶段的高密度组装技术。本文试图就BGA器件的组装特点以及焊点的质量控制作一介绍。1BGA技术简介BGA技术的研究始于60年代，最早被美国IBM公司采用，但一直到90年代初，BGA才真正进入实用化的阶段。在80年代，人们对电子电路小型化和I/O引线数提出了更高的要求。虽然SMT使电路组装具有轻、薄、短、小的特点，对于具有高引线数的精细间距器件的引线间距以及引线共平面度也提出了更为严格的要求，但是由于受到加工精度、可生产性、成本和组装工艺的制约，一般认为QFP(QuadFlatPack方型扁平封装)器件间距的极限为0.3mm，这就大大限制了高密度组装的发展。另外，由于精细间距QFP器件对组装工艺要求严格，使其应用受到了限制，为此美国一些公司就把注意力放在开发和应用比QFP器件更优越的BGA器件上。精细间距器件的局限性在于细引线易弯曲、质脆而易断，对于引线间的共平面度和贴装精度的要求很高。BGA技术采用的是一种全新的设计思维方式，它采用将圆型或者柱状点隐藏在封装下面的结构，引线间距大、引线长度短。这样，BGA就消除了精细间距器件中由于引线问题而引起的共平面度和翘曲的问题。JEDEC(电子器件工程联合会)(JC-11)的工业部门制定了BGA封装的物理标准，BGA与QFD相比的最大优点是I/O引线间距大，已注册的引线间距有1.0、1.27和1.5mm，而且目前正在推荐由1.27mm和1.5mm间距的BGA取代0.4mm-0.5mm的精细间距器件。BGA器件的结构可按焊点形状分为两类：球形焊点和校状焊点。球形焊点包括陶瓷球栅阵列CBGA(CeramicBallGridArray)、载带自动键合球栅阵列TBGA(TapeAutomatecBallGridArray)塑料球栅阵列PBGA(PlasticBallArray)。CBGA、TBGA和PBGA是按封装方式的不同而划分的。柱形焊点称为CCGA(CeramicColumnGridArray)。BGA技术的出现是IC器件从四边引线封装到阵列焊点封装的一大进步，它实现了器件更小、引线更多，以及优良的电性能，另外还有一些超过常规组装技术的性能优势。这些性能优势包括高密度的I/O接口、良好的热耗散性能，以及能够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，它在再流焊接过程中具有自动排列定位的能力，所以它比相类似的其它元器件，例如QFP，操作便捷，在组装时具有高可靠性。据国外一些印刷电路板制造技术资料反映，BGA器件在使用常规的SMT工艺规程和设备进行组装生产时，能够始终如一地实现缺陷率小于20(PPM)，而与之相对应的器件，例如QFP，在组装过程中所形成的产品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常规的元器件，但是许多生产厂家仍然不愿意投资开发大批量生产BGA器件的能力。究其原因主要是BGA器件焊接点的测试相当困难，不容易保证其质量和可靠性。2BGA器件焊接点检测中存在的问题目前，对以中等规模到大规模采用BGA器件进行电子组装的厂商，主要是采用电子测试的方式来筛选BGA器件的焊接缺陷。在BGA器件装配期间控制装配工艺过程质量和鉴别缺陷的其它办法，包括在焊剂漏印(PasteScreening)上取样测试和使用X射线进行装配后的最终检验，以及对电子测试的结果进行分析。满足对BGA器件电子测试的评定要求是一项极具挑战性的技术，因为在BGA器件下面选定溯试点是困难的。在检查和鉴别BGA器件的缺陷方面，电子测试通常是无能为力的，这在很大程度上增加了用于排除缺陷和返修时的费用支出。据一家国际一流的计算机制造商反映，从印刷电路板装配线上剔除的所有BGA器件中的50％以上，采用电子测试方式对其进行测试是失败的，它们实际上并不存在缺陷，因而也就不应该被剔除掉。电子测试不能够确定是否是BGA器件引起了测试的失效，但是它们却因此而被剔除掉。对其相关界面的仔细研究能够减少测试点和提高测试的准确性，但是这要求增加管芯级电