3D X-RAY射线断层成像技术在BGA组装中的应用

BGA(球栅阵列)组件与焊接组装技术完全兼容。芯片级BGA的间距可能是0.5毫米、0.65毫米或0.8毫米,而塑料BGA 或陶瓷BGA元件的间距比较宽,可能是1.5毫米、1.27毫米和1毫米。
微间距BGA封装比带引脚的集成电路(IC)封装更容易遭到损坏,不仅如此,BGA元件允许有选择地减少触点以满足输 入/输出(I / O)引脚的特定要求。随着切削刃技术在SMT组装中的应用,BGA封装迅速成为符合微间距和超微间距技术 要求的重要选择,提供可靠的组装技术,实现高密度互联,因此这种类型封装的应用越来越多。

在线3D X-RAY

3D X-RAY射线断层成像技术在BGA组装中的应用
在电子组装采用BGA元件之前,大部分PCB制造商和电子产品制造商都没有注意到在其制造工艺中使用X射线检查的必 要性。他们认为传统的检测方法完全足够,例如人工目视检查和包括制造缺陷分析(MDA)、在线测试(在线ICT)和功能测试FCT,在内的电气测试。
但是,这些检查方法都无法发现隐蔽的焊点问题,诸如内有空洞、虚焊、焊锡连结不良等。X射线检查系统是一种检查 工具,其经过验证能够检查隐蔽的焊点并且有助于建立和控制制造工艺,分析原型并确认工艺。与MDA、在线ICTAOI不 同的是,X-RAY射线检查系统能够确认短路、开路、内部空洞和BGA焊锡球校准,监控工艺质量并提供用于统计过程控制 (SPC)的即时反馈数据,提高了制造效率。
在线X-RAY射线断层成像检查设备通过捕捉焊点图像生成断层图像,能够进行焊点自动化分析和实时断层扫描。此外,他们可以 在几秒钟或两分钟内对PCB电路板两侧上的元件的所有焊点进行精确的对比分析,得出焊点是否合格的结论。
BGA组装工艺和变化源
为了更有效地使用X射线检查系统,必须明确BGA组装工艺的控制参数和参数控制限制。BGA组装工艺严格按照图1中的 步骤依次进行。
在组装过程中用焊膏组装BGA元件的共晶焊锡球时,它们的位置通常是通过液态焊锡自动校正。因此,安装的精确度似 乎并不像有引线的微间距元件那样重要,而且在BGA元件组装技术中的主要控制环节是焊膏印刷和回流焊。此外,焊点 的形状与尺寸变化也与许多其他的因素有关。
要消除所有变化基本上是做不到的,因此,控制制造工艺的关键是减少各个制造环节的变化。我们需要认真分析和定量 处理不同的变化对最终组装产品的影响。在考察从BGA元件到PCB的组装工艺的整个过程时,影响焊点质量的主要因素 包括:

• 焊锡球的体积
• BGA元件的焊盘尺寸
• PCB的焊盘尺寸
• 焊膏体积
• 在回流焊工艺中,BGA元件的变形
• 在回流焊工艺中,在BGA安装区域的PCB变形
• 安装布置的准确性
• 回流焊的温度曲线
无论使用哪种检查设备,在判断焊点合格与否时,必须有充分的依据。IPC-A-610C在12.2.12条款中定义了可接受BGA 焊点的标准。良好的BGA焊点必须是光滑、圆的、边缘清晰且内无空腔。所有焊点的直径、体积、灰度和对比度都要一 样,对正位置而且没有偏移或扭转。
BGA组装工艺的能力
在下面的讨论中使用一种BGA元件作为示例。这类BGA元件是带有520个引脚的PBGA(塑料球栅阵列),尺寸为2×2平 方英寸,使用共晶焊锡球并充分发挥免清洗助焊剂的作用。通过执行六西格玛工艺能力分析来证明BGA贴装的精确度、 焊点开路和短路的发生概率。在计算之前的假设包括:
• 在BGA元件的焊盘上或PCB焊盘上没有变化
• BGA元件在回流焊工艺中没有出现变形
• 在回流焊后,根据焊点的平均体积确定平均偏差
• 假设BGA元件的重量根据浮力和表面张力达到平衡
• 焊盘和共晶焊锡球应具有良好的可焊性
• 所有分布都是正常的

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