ESPI在板级BGA封装器件焊球失效检测中的应用.docx

ESPI在板级BGA封装器件焊球失效检测中的应用
ESPI在板级BGA封装器件焊球失效检测中的应用
摘要：
BGA封装的器件广泛应用于电子产品中，但是BGA封装器件焊球失效问题一直是制约其可靠性的关键因素。ESPI（ElectronicSpecklePatternInterferometry）技术是一种非接触性的全场干涉技术，在研究电子产品中的连接失效、应力分布等方面有着广泛的应用。本论文研究了ESPI技术在板级BGA封装器件焊球失效检测方面的应用，包括ESPI系统的组成、原理、测量方法及其对焊球失效的检测，总结了ESPI技术在BGA封装器件焊球失效检测方面的优点和局限，并对未来的发展做出了展望。
关键词：BGA封装器件，焊球失效检测，ESPI技术，非接触性技术
引言：
随着电子产品的迅速发展，BGA封装的器件因其封装密度高，电性性能好等优势，越来越广泛地应用于电子产品中。但是，由于其焊球数量众多且呈密集分布，其可靠性往往受到影响。其中，焊球失效问题是制约其可靠性的关键因素之一。随着电子产品的性能和规模不断提高，BGA封装器件焊球失效问题的重要性也逐渐加强。因此，研究BGA封装器件焊球失效检测问题，对保证其可靠性具有重要意义。
现有的检测方法主要包括有限元分析、X射线检测、红外成像等。这些方法有其各自的优缺点，但是由于其对焊球失效检测的精度和灵敏度有限，无法完全满足BGA封装器件焊球失效检测的需求。
ESPI技术是一种非接触性的全场干涉技术，可用于测量物体表面的形变、应力等信息。因此，在研究电子产品中的连接失效、应力分布等方面有着广泛的应用。ESPI技术在焊点失效检测中也具有较大的潜力。本论文将研究ESPI技术在BGA封装器件焊球失效检测方面的应用，探讨其检测精度和灵敏度，并对其未来的发展做出展望。
一、ESPI技术概述
1.1ESPI技术的组成
ESPI系统包括光源、光学系统（包括透镜和光栅）、相机、计算机等几个组成部分，如图1所示。
图1ESPI系统组成
其中，光源可以采用氦氖激光器、二极管激光器等，光源的性质和选择对于ESPI系统的测量精度和灵敏度都有很大影响。光学系统主要包括透镜和光栅，可将光线聚焦和解析成干涉光条。相机用于记录干涉光条的变化，进而得到物体表面的形变等信息。计算机用于控制ESPI系统，获取和处理数据，并将结果显示在屏幕上。
1.2ESPI技术的原理
ESPI技术是基于干涉原理的全场干涉技术。其原理是利用光学干涉现象，在物体表面或其表面附近放置一个参照面，将这个参照面上的光与物体表面反射回来的光进行干涉，进而获得物体表面的相位信息。
当物体受到外力作用时，其表面会发生变化，进而改变反射光的相位，干涉光的条纹也会随之变化。通过记录干涉光的变化，可以得到物体表面发生的形变、应力等信息，从而实现非接触性的测量。
1.3ESPI技术的测量方法
ESPI技术可以采用单路或双路干涉来实现测量。其中，单路干涉主要用于测量物体表面的形变，而双路干涉则可用于测量不同表面的相对位移。
单路干涉的测量方案主要分为自参照和外参照两种情况，如图2所示。其中，自参照是将物体的一部分作为参照面，通过改变光源位置或物体状态，记录干涉光的变化，得到物体表面的形变信息。而外参照则是在物体表面之外添加一个参照面，记录物体表面和参照面上的干涉光条纹，计算两者之间的相位差，从而获得物体表面的形变信息。
双路干涉则是将光源分成两支，同时照射在不同的表面，通过比较两个表面的干涉光条纹的位移差，可以得到两表面之间的位移信息。在BGA封装器件焊球失效检测中，单路干涉可以用于检测焊球的高度变化和形变等信息，而双路干涉则可以用于检测焊球之间的距离变化。
图2单路干涉的测量方案
二、ESPI技术在BGA封装器件焊球失效检测中的应用
2.1焊球失效影响因素
在BGA封装器件中，焊球失效主要是人为因素和环境因素引起的。人为因素包括制造工艺不当、材料不合适等，环境因素包括温度、湿度、机械应力等。焊球失效可表现为焊球的升降、裂纹、爆裂等。
2.2ESPI技术在焊球失效检测中的应用
焊球失效在BGA封装器件可靠性中起着至关重要的作用，因此，利用ESPI技术进行非接触性的焊球失效检测，可有效提升BGA封装器件的可靠性。
在焊球失效检测中，ESPI技术主要用于检测焊球的变形和高度变化。由于ESPI技术具有非接触性、全场干涉的特点，可以同时监测一个区域内所有焊球的位置和变形情况。通过记录焊球的位移、形变等信息，可以有效检测出焊球的失效情况，从而提高BGA封装器件的可靠性。
此外，ESPI技术还可以用于检测焊球之间的间距变化。焊球之间的间距变化不仅会导致焊球失效，还会影响BGA封装器件的导热性能等。因此，利用ESPI技术检测焊球之间的间距变化情况，可以对BGA封装器件的可靠性进