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    如何檢測BGA焊后強度?分享:檢測技術及質量控制

     更新時間:2023-03-01 點擊量:561

    采用BGA技術封裝器件的性能優于常規的元器件,但是許多生產廠家仍然不愿意投資開發大批量生產 BGA 器件,究其原因主要是 BGA 器件焊接點的測試相當困難,不容易保證因其質量和可靠性。

    器件焊接點檢測中存在的問題

    目前,中等規模到大規模采用BGA器件進行電子封裝的廠商,主要是采用電子檢測的方式來篩選 BGA 器件的焊接缺陷。在BGA器件裝配工藝過程中控制質量和鑒別缺陷的方法包括在焊劑漏印(Paste Screen)上取樣測試和使用X射線進行裝配后的最終檢驗,以及電子測試的結果分析。

    圖片5.png

     

     

     

    BGA 器件的電子測試是一項挑戰性的技術,因為在BGA器件下面定測試點是困難的,在檢查和鑒別BGA 器件的缺陷方面,電子測試通常是無能為力的,這在很大程度上增加了用于排除缺陷和返修時的費用支出。

    根據經驗,采用電子測試方式對 BGA器件進行測試,從印制電路板裝配線上剔除的所有BGA 器件當中,50%以上實際上并不存在缺陷,因而也就不應該被剔除掉。對其相關界面的仔細研究能夠減少測試點和提高測試的準確性,但是這要求增加管芯級電路以提供所需要的測試電路。在檢測 BGA器件缺陷的過程中,電子測試僅能確定在 BGA 連接時,判斷導電電流的通、斷,如果輔助于非物理焊接點測試,將有助于封裝工藝過程的改善和進行SPC(統計工藝控制)。

    BGA器件的封裝是一種基本的物理連接工藝過程。為了能夠確定和控制這樣一個工藝過程的質量,要求了解和測試影響可靠性的物理因素,如焊料量、導線和焊盤的定位情況以及潤濕性,不能僅基于電子測試所產生的結果就進行修改。

    BGA期間的焊前檢測和質量控制

    生產中的質量控制非常重要,尤其是在BGA封裝中,任何缺陷都會導致BGA封裝元器件在印制電路板焊裝過程出現差錯,會在以后的工藝中引發質量問題?;寤蛑虚g層是BGA封裝中非常重要的部分,除了用于互連布線以外,還可用于阻抗控制及用于電感/電阻/電容的集成。因此要求基板材料具有高的玻璃轉化溫度rS(約為175~230℃)、高的尺寸穩定性和低的吸潮性,具有較好的電氣性能和高可靠性。金屬薄膜、絕緣層和基板介質間還要具有較高的粘附性能。細間距元件的局限性在于其引線容易彎曲折斷,容易損壞,對引線的共面性和安裝精度提出了很高的要求。BGA包裝技術采用了一種新的設計思維模型,即在包裝下隱藏圓形或圓柱形焊球,導線間距較大,導線較短。

    BGA組件的可靠性和SMT組件的性能優于普通SMD(表面安裝器件)。BGA組件的問題是焊點測試困難,質量和可靠性難以確保。因此,在對BGA進行表面貼裝之前,需對其中的一些指標進行檢測控制。

    BGA器件檢測方式的探索

    (凸點剪切力測試)

    一、試驗目的

     

    本試驗的目的是通過破壞性剪切測試評估倒裝焊直徑不大于 80 m 點的抗切能力

     

    二、試驗設備

     

    圖片6.png

     

    剪切力測試設備應使用校準的負載單元或傳感器。設備的最大負載能力應不小于凸點最大剪切力的 1.1倍,尊切工具的受力面寬度應達到凸點直徑 1.1 倍以上,設備應能提供并記錄施加于凸點的剪切力,也應能對負載提供規定的移動速率。

     

    三、試驗程序(安裝)

     

    在試驗設備上安裝剪切工具和試驗樣品,使凸點可以被平行于芯片表面的剪切工具剪切,如圖 4 所示。應小心安放芯片而不對凸點造成損傷,且不使芯片變形。

    四、樣品制備

     

    在試驗前,采用金相顯微鏡對凸點進行檢查。保證它們的形狀完好,無助焊劑殘留或其他污染物受剪切試驗設備的限制,受試凸點鄰近的凸點(和在剪切工具行進路徑上)有可能需要先從樣品上移去。如果鄰近的凸點需要去除,則凸點的殘留物高度應足夠低,以保證剪切工具在行進過程中不會碰觸到殘留的凸點。圖 5 是典型用于剪切試驗的受試樣品。

     

     

    五、凸點剪切剪切工具


    a)剪切工具應由堅硬的剛性材料、陶瓷或其他非易彎曲的材料構成。

    b)根據受試凸點的尺寸選擇合適的剪切工具,剪切工具應和芯片表面成 90°5"。將剪切工具和凸點對齊,使其可以接觸凸點的一側。最好使用可移動的試驗臺和工具臺進行對齊,并使移動平面垂直于負載方向。應特別注意,在試驗安裝中不應碰觸到進行試驗的凸點。

    c)由于頻繁使用會造成剪切工具磨損,從而影響試驗結果。如果剪切工具有明顯的磨損,如圖 6 所示,則應替換。

     

     

    六、剪切高度

     

    剪切力和失效模式受剪切工具高度的影響。為保證試驗結果的有效性,應對任何檢驗批進行相同條件的剪切試驗,剪切工具高度設置應一致。

    剪切高度不低于凸點高度的 10%,剪切示意圖如圖 7 所示

     

    七、剪切速度

    凸點剪切過程中應保持恒定速率,直到剪切力下降到最大值的 25%以下,或直到剪切工具的移動距離超過凸點直徑。

    注:剪切試驗的速度一般為0.1 mm/s~0.8 mm/s。

     

    八、剪切力

    試驗數據應包括凸點剪切力的最大值、最小值、平均值以及標準偏差。完成足夠的數據測量后,應建立有代表性的基于平均值和標準偏差的失效判據。

    注:凸點剪切力數值應滿足應用條件所要求的最小值

     

    九、失效判據

    凸點剪切共有 4 種失效模式(見表 1),模式1和2 為合格失效模式,模式3 和 4 為不合格失效模式一般情況下,使用獨立的光學系統來評估失效模式,如果出現比較低的凸點剪切力值或多種失效模式。應對斷裂面進行詳細的檢查,一般使用金相顯微鏡在 500 倍及更高倍數下進行觀察       

     

    十、說明


    有關采購文件或詳細規范中應規定以下內容:

    凸點最小剪切力可按“最小凸點剪切力值=焊盤面積X凸點焊料抗剪切強度"方法進行計算:

    a)試驗的芯片數和凸點數 ;

    b)數據記錄要求。

    以上就是科準測控的技術團隊根據BGA的焊后檢測和質量控制給出的檢測辦法,希望可以給大家帶來幫助。如果您想了解更多關于BGA封裝器件焊點的檢測知識。那么,歡迎您關注我們,也可以給我們私信和留言,科準團隊為您免費解答!



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