关于bga封装器件焊点缺陷x-射线检测法的探讨

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1、关于BGA封装器件焊点缺陷X-射线检测法的探讨南京英派克检测有限责任公司江苏南京210048摘要：制造者一般都是采用目视观察的方法，观察最外面一圈焊点的塌陷是否一致，再将芯片对着光线观察。通过试验发现，使用X-射线检测仪检查BGA封装器件的焊点，可以快速、准确地检测出BGA封装器件中焊点的桥连、空洞、虚焊等缺陷，在BGA封装器件焊点的质量检测方面得到广泛应用。木文所用仪器和检测方法能够自动计算BGA封装器件贴装焊点的空洞率，对空洞缺陷的快速检测和预防只有实际意义。关键词：BGA;无损检测；缺陷引言：对于表面组装焊点，常用的无损检测方

2、法有X-射线检测、三维光学摄像检验、激光/红外检测、超声波检测等多种方法。要想不破坏BGA封装器件木身的结构、性能等，就可以看出BGA封装器件内在的缺陷或者是更加准确地检测出焊点的质量，就必须采用其它更为先进、可靠的无损检测方法。通过对BGA封装器件可视图像X-射线检测和分析，可以准确地检测岀BGA封装器件贴装焊的各种缺陷。一.试验材料与仪器（一）试验材料测试工件为釆用再流焊焊接的BGA封装器件，基板材料为FR-4,钎料为Alpha公司生产的Sn62/Pb36/Ag2合金焊膏，BGA焊球的直径为0.7mm，I/O端子间距为1.27m

3、m,通过贴片机或贴片装置完成BGA贴装。（二）X-射线检测仪实验所用X-射线检测仪型号为HAWK-160X1型。X-射线检测仪的工作原理是由在高电压下产生的电子束照射到金属钨表面，产生X射线,产生的X束射线倾斜向下照射并高速旋转，同时在下面有一个闪烁器平台也以同样的速度与X射线同步旋转，闪烁器平台实际上是一个对X-射线敏感的接收器。一般来讲，X-射线不能透过锡、铅等重金属，从而形成深色影像；而一般的物质则被X-射线穿透，不会形成影像。X-射线在光源与闪烁器平台之间的某一位置上聚焦，出现一个聚焦平面，聚焦平面上的物体或图像会在闪烁器平

4、台上形成一个清晰的图像，不在聚焦平面上的物体或图像在闪烁器平台上则被”虚掉“，只有一个阴影。二.试验结果及分析（一）BGA封装器件焊点的缺陷的检测在BGA封装器件的生产过程中，可能会造成焊球丢失、焊球过小或过大、焊球桥连以及焊球缺损等。对BGA封装器件进行检查，主要是检查焊球是否丢失或变形。对BGA封装器件组装焊点的检査，主要检查焊点是否存在桥接、开路、钎料不足、缺球、气孔、移位等［6】。由于本研究工作是为了检验X-射线检测BGA封装器件组装焊点缺陷的可靠性，上述缺陷中部分是人为设置的。（二）X-射线检测结果分析采用X-射线检测吋，

5、电压调节为105kV,电流调节为100mA,观察缺陷图片并分析生产过程中缺陷产生的原因。1.桥连缺陷的检测PCB双面贴装器件采用X-射线检测的桥连和反面器件图像似乎奋点混淆。对比分析如图2和图3所示，可以清楚辨别出图2为极其明显的桥连缺陷。产生的原因可能是BGA器件聚集在一起，在冋流炉中引起PCB板的热不平衡，或者是由于温区曲线设置不合理，印制板焊区表面阻焊层设计不当等。原因造成的。如图4的短路是由于与BGA器件焊盘相邻的过孔没冇很好地覆盖阻焊层，使得有过多的钎料从焊盘流到过孔中，从而引起焊盘短路。相关产品的验收标准要求焊点不能存在

6、短路或桥接，而采用X-射线检测BGA器件的桥连缺陷比其它几种无损检测方法都容易观察、判别。1.空洞缺陷的检测BGA焊球本身在焊接前就可能带有空洞或气孔，是由于BGA焊球生产工艺造成的。PCB再•流焊时，温度曲线设计不合理则是形成空洞的重要原因。通常发现空洞几率最多的位置是在元件层，也就是焊球的中央到BGA基板之间的部分。这有可能是因为PCB上面BGA的焊盘在再流焊接的过程中，存在空气气泡和易挥发的助焊剂气体，当共晶成分的BGA焊球与所施加的焊膏在再流焊过程中熔为一体吋则易形成空洞。X-射线检测的BGA焊点的典型空洞缺陷图像如图5所示

7、,HAWK-160X1型X-射线检测仪自动计算出图6焊球中空洞率为9.83%。它能够真实反映实物中的缺陷，为控制产品的质量提供了保证。在实际生产中，需要客观地评估空洞。空洞的位置与尺寸是验收合格的关键因素。由于目前尚没有空洞缺陷允许尺寸的相关国家标准或行业标准，所以通常情况下是按照IPC-7095来判别的。按照IPC-7095中规定空洞的接收/拒收标准主要考虑两点：空洞的位置及尺、J*。空洞不论是存在在什么位置，是在焊料球中间或是在焊盘层或元件层，空洞尺、?及数量不同都会对质量和可靠性产生影响。如果多个空洞出现在焊点中，空洞的总和不

8、能超过焊料球直径的20%,即空洞率不超过20%，否则视为不合格。2.缺球缺陷缺球缺陷可通过比较实物与X-射线检测图像发现。缺球缺陷会使得PCB产生断路，其电学性能受到影响。X-射线检测BGA器件的缺球缺陷图像如图7所示。从图7中可以清