BGA封装技术如何及时发现缺陷

作者：道青科技 │ 发表时间：2022/9/19 19:40:21

BGA (Ball Grid Array)全称：球状引脚栅格阵列封装技术，是一种高密度表面装配封装技术。采用BGA技术封装的内存，内存在体积不变的情况下，内存容量提高两到三倍；还具备更好的散热性能和电性能。这种封装工艺越来越多运用在主板控制芯片组中。
相比传统针脚型贴装，BGA封装器件具有如下特点。
1.较其他技术相比可以极大地提高器件的I/O数，缩小封装体尺寸，节省组装的占位空间。这一点极大的成就了电子产品的趋势
2.因其阵列焊球与基本接触面大、短，更有助于散热和缩短信号传输优化了电路性能
3.BGA因焊球密集，所以比其他封装技术牢固稳定
4.封装成品率高，生产环节成本压力小
5.BGA工艺可以改善共面性问题

如今半导体的算力突飞猛进，扩展速度也早就不是按照翻一倍甚至几倍的概念去迭代了。从90年代起这种封装技术应用越来越广泛。任何工艺都一定会存在缺陷概率，BGA也一样，耶稣打招呼也保不住他。而且BGA的检测难度还略大于其他工艺，由于BGA焊点几乎都被芯片盖住了，焊接装配后可视度差，只有外围的少部分可以目视检查，再往里只能想其他办法了。
目前通过各种技术手段来看，检测效果最准确直观并且能应用于批量化生产环节检测的可能还是X射线检测最为合适。因为X射线的强穿透性可以在不损坏产品的情况下照透检材，穿透后的射线被平板探测器接收后通过成像系统生成检测图片。其他检测手段很多都是破坏性的，而且效率不高，比较适用于第三方检测或者工艺迭代改良的验证。此类检测手段满足不了检测需求集中的生产环节，毕竟不能像笑话里讲的：小朋友买一盒火柴回家和大人说，火柴我全部划过了，都是好的。所以，基于检测的直观准确性、检测的效率和保证产品使用性能这三个维度来看，目前BGA封装的检测重担还得X射线检测来扛。苏州道青科技微焦点系列设备就专为电子行业无损检测设计的，可以高效完成电子行业检测任务。

BGA封装的常见缺陷具有多样性的特点，下面我们进行逐一分析：

焊球连锡。连锡就是两个或更多的焊球熔融后连成一体，这个缺陷会导致线路短路，所以危害很大。连锡的因素比较多，主要有：PCB回焊后未充分冷却就取下、热风口太近，焊球熔融后溢出、锡膏放太多等。如果用X射线来检查连锡缺陷还是比较容易的，这个缺陷在成像上体现的非常明显。苏州道青科技的X射线检测设备和成像系统可以提供很好的图像质量。

如图1所示，BGA焊球在X射线检测成像中应是有规则并且独立的深色圆点，图中三处红圈中就是典型的连锡现象。

焊球丢失，这个缺陷一般是植球过程中遗漏或者是焊球流入其他地方，总之就是焊球不在自己的岗位上，消失不见了。这个缺陷会导致线路断开。焊球丢失的情况在X射线检测中也是非常容易发现的，具体表现就是本该存在的深色圆点不存在了。

焊球空洞，空洞是因为在焊接回流的融化过程中，焊球中的气体没能排放出去造成的，影响BGA焊球空洞形成的原因是复杂的，如焊膏、PCB焊盘表面处理的方式、回流气氛、回流曲线设置、焊盘设计、微孔、盘中孔等。焊球空洞会影响焊点的机械特性，比如焊点的强度变差、延展性和疲劳寿命降低；同时也会造成局部温度异常，降低焊点的可靠性。这个很容易理解，毕竟他比别的焊球多了个气泡，那自然就没有别的球纯洁了。焊球空洞在X射线检测中也是比较容易识别的，具体特征是深色圆点内出现小块浅色区域。深色圆点就是焊球，浅色区域就是气泡，并且两者色差对比度很高。

上图红框中的就是焊球气泡的检测结果

虚焊。虚焊其实是很多人最讨厌的一个故障，因为他会导致电路时好时坏，一个电子产品的焊点多如牛毛。虚焊形成原因主要有：焊球或焊盘表面异常，影响焊料的附着、存在裂纹，更多存在于焊材和基板接合位置、冷焊导致的焊点可靠性差等。虚焊的检测难度会比气泡、连锡大一些，因为虚焊往往是贯穿存在于一个平面的，如果X射线是垂直角度穿透焊球的话很可能会看不出缺陷，但换个角度可能观察到蛛丝马迹，这种方法属于二维的X射线检测。三维射线检测其他更容易识别虚焊，但三维的运行时间远远高于二维检测设备，所以可以考虑采用两种设备相结合使用，二维做初步筛查以满足生产效率，异常检材交给三维设备做详细检测。
枕头效应（HIP）
枕头效应是在SMT焊接阶段焊球与锡膏未充分融合成功，焊球与PCB焊盘上的焊料虽然有接触但存在明显的界线，原本应该是一块整体但最后实际是两坨结合的形态，这种情况可能短期不影响电路联通，但时间久了可能会分裂。枕头效应潜在的因素有以下几方面：1.贴装位置有偏移，使焊球和锡膏接触不充分；2.PCB或元件高温产生形变后导致锡球和锡膏接触不充分；3.开孔面积小或者印刷参数设置问题导致锡膏在焊盘上分布不均；4.助焊剂沸点低，回流时消耗过快。
枕头效应的检测也要比连锡和气泡难些，如果采用二维X射线多角度拍照还是可以发现部分缺陷检材的，其具体特征是焊球的形状不再是规则的，和边上其他焊球一比较会显得突兀，往往边缘会突出一块，但没有连锡那有突出到别的焊球身上。但如果射线照射角度上（可以理解为俯视图视角）枕头不存在较明显位移的话可能就需要三维检测设备介入了

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