X光機檢測BGA-焊球虛焊情況分析課件

1、BGA 焊球虛焊檢測情況分析View X X-rayX光機一 焊接品質優(yōu)良的BGA焊球（圖一）可看到“Dark Ring” 焊錫膏有良好“wetting”說明：焊錫膏完全熔融并且完全wetting（潤濕）電路板，形成“Dark Ring”效果。二 焊接品質一般的BGA焊球（圖二）看不到“Dark Ring” 焊錫膏沒有“wetting”說明：焊球大小正常，說明焊錫膏完全熔融，但看不到“Dark Ring”，說明焊錫膏沒有wetting（潤濕）電路板，所以沒有形成“Dark Ring”效果。三 焊接品質不佳的BGA焊球A 焊球明顯偏小焊球明顯偏小，四周發(fā)虛 OPEN三 焊接品質不佳的BGA焊球B

2、 焊球明顯偏大，且看不到“Dark Ring” 焊球明顯偏大 OPEN二 “Dark Ring”的形成原理 1，不同材料對x射線的不透明系數(shù)：X 射線由一個微焦點 X 射線管產(chǎn)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(shù)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。表1不同材料對X射線的不透明度系數(shù)材料用途X射線不透

3、明度系數(shù)塑料包裝極小金芯片引線鍵合非常高鉛焊料高鋁芯片引線鍵合，散熱片極小錫焊料高銅PCB印制線中等環(huán)氧樹脂PCB基板極小硅半導體芯片極小2，剖面圖說明“Dark Ring”的形成原理區(qū)域A區(qū)B區(qū)相同材質芯片芯片BGA本體BGA本體PCB板PCB板不同材質對比焊錫膏BGA焊盤焊錫膏PCB焊盤（圖三）圖三通過對比A、B區(qū)域所各自包含的材質，可以看出不同材質對比中，A區(qū)域的材質為焊錫膏，B區(qū)域的材質為BGA和PCB的焊盤（銅箔），根據(jù)表1得知：焊錫膏對X射線的不透明系數(shù)大于銅的不透明系數(shù)，從而A區(qū)域對X射線的不透明系數(shù)總和大于B區(qū)域的不透明系數(shù)總和。 當X射線同時等量進入A、B區(qū)域后，擊穿A區(qū)域的

4、X射線數(shù)量將少于擊穿B區(qū)域的X射線數(shù)量。信號接受器因接收不等量的光電子信號，故而會在A、B區(qū)域的投影區(qū)產(chǎn)生不同明暗對比度的圖像效果。這就是良好焊接的BGA焊球會產(chǎn)生如圖一所示的“Dark Ring”效果。（圖四） 材質對比表 三、BGA虛焊在2D檢測下的表現(xiàn)形式A 焊球明顯偏?。▓D三）圖三 OPEN造成原因：一、印刷問題：1、鋼網(wǎng)的孔堵塞，焊錫膏沒刷上；2、鋼網(wǎng)印刷過程中升起速度太慢，導致焊錫又被鋼網(wǎng)帶走，PAD上焊錫量不足。二、回流焊問題：1、焊球的焊料流到附近的通孔，也會造成焊錫量不足。2、回流溫度曲線不對：焊錫膏質量問題貼片精確度和壓力不夠三、BGA虛焊在2D檢測下的表現(xiàn)形式焊球明顯偏大

5、，且看不到“Dark Ring”（圖四）造成原因：PCB焊盤銅箔噴錫的表面氧化層太厚，對焊錫膏產(chǎn)生拒焊，盡管焊錫膏已完全熔融，但焊錫膏無法潤濕PCB的焊盤，導致PCB焊盤上的焊膏與BGA焊球熔融為一體，造成BGA焊球球體變大的現(xiàn)象。圖四 OPEN三、總結BGA焊球的虛焊現(xiàn)象，在焊球底部與焊盤之間是非常細微的，所以對比度變化很細微。目前市場上亦有運用3D 技術的X-RAY，意圖是對焊球的虛焊進行直接目視觀察。其工作原理為：將探測器傾斜后圍繞BGA焊球進行360度旋轉，以創(chuàng)造直接目視觀察焊球底部與焊盤之間的焊接狀況的機會。而由于現(xiàn)代BGA封裝技術，對高I/O數(shù)的不斷要求和發(fā)展，也要求BGA焊球之間的間距向更小間距發(fā)展。采用3D技術的檢測設備，當其探測器在傾斜到一定角度時，焊球與焊球之間因互相遮擋，對BGA內部的焊球底部，因“視線遮擋”已經(jīng)無法直接觀測。而對BGA外部的焊球來說，也可能存在檢測限制，即BGA旁邊的其他元器件可能對BGA焊球底部造成的“視線遮擋”，從而可能對3D檢測效果產(chǎn)生不利影響。即便BGA旁邊無其他元器件對焊球造成遮擋時，3D檢測手段亦只能對BGA焊球的外側進行局部觀察，這仍然是因為BGA焊球之間因微小間距而造成的“視線遮擋”。所以3D檢測虛焊，理論上是以通過直接的目視觀察，以提高“虛焊”檢測的直觀性，而實際操作中也存在著一定的局限性。同