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BGA技术与质量控制
摘要：BGA是现代组装技术的新概念，它的出现促进SMT(表面贴装技术)与SMD(表面贴装器件)的发展和革新，并将成为高密度、高性能、多功能及高I／O数封装的最佳选择。本文简要介绍了BGA的概念、发展现状、应用情况及一些生产中应用的检测方法等，并讨论了BGA的返修工艺。
关键词：表面组装技术；焊球阵列封装；检测；X射线；质量控制；返修
中图分类号：TN305．94 文献标识码
随着科学技术的不断发展，现代社会与电子技术息息相关，超小型移动电话、超小型步话机、便携式计算机、存储器、硬盘驱动器、高清晰度电视机等都对产品的小型化、轻型化提出了苛刻的要求。要达到统一目标，就必须在生产工艺、元器件方面着手进行深入研究。SMT技术顺应了这一潮流，为实现电子产品的轻、薄、短、小打下了基础。
进入90年代以来，SMT技术走向了成熟的阶段，但随着电子产品向便携式／小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展，对电子组装技术提出了更高的要求，新的高密度组装技术不断涌现，其中BGA就是一项已经进入实用化阶段的高密度组装技术。本文将就BGA器件的组装特点以及焊点的质量控制作一介绍。
1BGA技术简介
BGA技术的研究始于20世纪60年代，最早被美国IBM公司采用，但一直到20世纪90年代初，BGA才真正进入实用化的阶段。
在20世纪80年代，人们对电子电路小型化和I／O引线数提出了更高的要求。为了适应这一要求，QFP的引脚间距目前已从1．27mm发展到了0．3mm。由于引脚间距不断缩小，I／O数不断增加，封装体积也不断加大，给电路组装生产带来许多困难，导致成品率下降和组装成本的提高。另方面由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制，0．3mm已是QFP引脚间距的极限，这都限制了组装密度的提高。于是一种先进的芯片封装BGA应运而生，BGA是焊球阵列的英文缩写，它的I／O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，引线间距大，引线长度短，这样BGA消除了精细间距器件的引线而引起的共面度和翘曲的问题。BGA技术的优点是可增加I／O数和间距，消除QFP技术的高I／O数带来的生产成本和可靠性问题。
JEDEC(电子器件工程联合会)(JC-11)的工业部门制定了BGA封装的物理标准，BGA与QFP相比的最大优点是I／O引线间距大，已注册的引线间距有1．0mm、1．27mm和1．5mm，而且目前正在推荐由1．27mm和1．5mm间距的BGA取代0．4mm~0．5mm的精细间距器件。
BGA器件的结构可焊点形状分为两类：球形焊点和校状焊点。球形焊点包括陶瓷焊球阵列CBGA(Ceramic Ball Grid Array)、载带自动键合焊球阵列TBGA(Tape Automatec BallGrid Array)塑料焊球阵列PBGA(Plastic Ball Grid Array)。CBGA、TBGA和PBGA是按封装方式的不同而划分的。柱形焊点称为CCGA(Ceramic Column Grid Array)。
BGA技术的出现是IC器件从四边引线封装到阵列焊点封装的一大进步，它实现了器件更小、引线更多，以及优良的电性能，另外还有一些超过常远见组装技术的性能优势。这些性能优势包括高密度的I／O接口、良好的热耗散性能，以及能够使小型元器件具有较高的时钟频率。
由于BGA器件相对而言其间距较大，它在再流焊接过程中具有自动排列定位的能力，所以它比相类似的其它元器件，例如QFP，操作便捷，在组装时具有高可靠性。据国外一些印刷电路板制造技术资料反映，BGA器件在使用常规的SMT工艺规程和设备进行组装生产时，能够始终如一地实现缺陷率小于20PPM(Parts Per Million，百万分率缺陷数)，而与之相对应的器件，例如QFP，在组装过程中所形成的产品缺陷率至少要超过其10倍。
综上所述，BGA器件的性能和组装优于常规的元器件，但是许多生产厂家仍然不愿意投资开发大批量生产BGA器件的能力。究其原因主要是BGA器件焊接点的测试相当困难，不容易保证其质量和可靠性。
2BGA器件焊接点检测中存在的问题
目前，对以中等规模到大规模采用BGA器件进行电子组装的厂商，主要是采用电子测试的方式来筛选BGA器件的焊接缺陷。在BGA器件装配期间控制装配工艺过程质量和鉴别缺陷的其它方法，包括在焊接漏印(Paste Screening)上取样测试和使用X射线进行装配后的最终检验，以及对电子测试的结果进行分析。
满足对BGA器件电子测试的评定要求是一项极具挑战性的技术，因为在BGA器件下面选定测试点是困难的。在检查和鉴别BGA器件的缺陷方面，电子测试通常是无能为力的，这在很大程度上增加了用于排除缺陷和返修时的费用支出。
据一家国际一流的计算机制造商反映，从印刷电路板装配线上剔除的所有BGA器件中的50％以上，采用电子测试方式对其他进行测试是失败的，它们实际上并不存在缺陷，因而也就不应该被剔除掉。电子测试不能够确定是否是BGA器件引起了测试的失败，但是它们却因此而被剔除掉。对其相关界面的仔细研究能够减少测试点和提高测试的准确性，但是这要求增加管芯级电路以提供所需的测试电路。
在检测BGA器件缺陷过程中，电子测试仅能确认在BGA连接时，判断导电电流是通还是断?如果辅助于非物理焊接点测试，将有助于组装工艺过程的改善和SPC(StatisticalProcessControl统计工艺控制)。
BGA器件的组装是一种基本的物理连接工艺过程。为了能够确定和控制这样一种工艺过程的质量，要求了解和测试影响其长期工作可靠性的物理因素，例如：焊料量、导线与焊盘的定位情况，以及润湿性，不能单单基于电子测试所产生的结果就进行修改。 |
