球栅阵列检测技术

球栅阵列检测技术

技术的不断进步使电子产品朝着小型、轻量化的方向发展。为了满足这些消费者的需求，我们引入了表面贴装技术 (SMT)。然而，对这些产品的需求增加也需要开发可以快速组装的高密度技术。这种推动导致了球栅阵列（BGA）技术的发展。

BGA 和类似设备已迅速成为现代印刷电路板 (PCB) 设计中的标准元素。然而，众所周知，这些设备在组装后难以检查。在本文中，我们将讨论 BGA 检测的挑战、BGA 质量控制中使用的检测技术以及在组装前避免常见 BGA 缺陷的方法。

什么是球栅阵列检测？

球栅阵列是一种用于集成电路的表面贴装封装，用于安装器件。 BGA 的底部表面覆盖着以网格图案排列的引脚，因此该技术得名。这些连接不是线引脚，而是由带有焊球的焊盘制成。由于这些连接位于封装下方，因此需要仔细焊接。

然而，一旦焊接连接完成，不经意的观察者就不再能看到它们。因为它们不可见，所以需要更先进的检测技术来确保它们的质量。这就是 BGA 检查发挥重要作用的地方。

BGA检查是分析芯片和PCB之间的连接以确保质量的过程。 BGA 检查着眼于球栅阵列的各个方面，包括封装的支座高度、连接质量等。在 BGA 检查中，无辅助的目视检查极为有限，因此需要其他技术来详细查看连接。

这些分析方法包括电气测试、辅助光学检测和 X 射线检测。本文将更详细地讨论这些技术的组成部分。

为什么检查很重要？

BGA 检查是出了名的困难，原因之一是焊点位于 BGA 封装下方。由于此功能的定位，很难获得 BGA 的良好视图以进行检查。尽管存在这些困难，但出于以下几个原因，检查对于 BGA 至关重要，包括：

• 焊接难度 :焊接 BGA 组件很棘手，因为它需要向阵列施加足够的热量，以便网格中的所有球充分熔化以形成焊点。连接的密度和焊接的难度都意味着发生缺陷的可能性很高。检查可帮助专家发现这些缺陷，从而避免发出有缺陷的零件。
• 不可靠的电气测试： 电气测试通过 PCB 运行电流，以确保它在电气上是健全的。但是这种测试只能在BGA元件连接时判断电流是开还是关。这些测试并不可靠，因为它们只能找到少数缺陷类型，并且无法确定所发现的任何缺陷的位置。将此方法与其他技术相结合的综合检查可以更全面地了解错误及其位置。
• 材料再利用： 如果发现 BGA 存在焊接缺陷，则可以使用返修台将其移除并更换或翻新以重新使用。检测过程可及早发现缺陷，因此可以通过这种方式节省材料，从而减少材料浪费。
• 质量控制： BGA SMT 组装依赖于高质量的物理连接，因此 BGA 质量控制必须包括对这些连接的详细检查。检查还可以识别常见的缺陷和模式。这些很重要，因为重复出现的缺陷可能表明制造和组装过程甚至 PCB 产品设计存在问题。
• 降低成本： 全面的检查过程可最大限度地减少传递到下一生产阶段的缺陷数量。通过检查的缺陷可能会在生产过程中被进一步发现，从而使返工成本更高。越晚发现缺陷，对您的公司来说成本就越高。这就是早期预防和解决问题至关重要的原因。

由于检查的重要性，检查小组必须在过程中使用彻底和有效的工具和技术。这样，这些团队就可以在问题变得更大、成本更高之前发现所有问题并查明其位置和原因。

常见的 BGA 缺陷

由于 BGA 的复杂性，在 BGA 的焊接过程中可能会出现许多潜在的缺陷。可能出现的一些问题包括：

• 错位： 当 PCB 和 BGA 在回流期间发生偏移并在错误的点处连接时，就会发生错位。这是 BGA 组装过程中最常见的问题之一。
• 支架高度不一致： BGA设置在PCB上面，焊接不当会导致BGA设置在PCB表面歪斜。这种不对称的间距高度可能会危及连接的安全性。
• 丢球： 如果 BGA 在连接到 PCB 时缺少球，则组件中可能缺少必要的连接点。
• 非润湿垫： 在某些情况下，回流焊膏可能无法正确润湿焊盘。这可能是由于生产过程中先前步骤的不完全回流或剩余阻焊剂造成的。
• 桥梁： 当焊膏沉积物之间留下额外的焊膏时，就会出现桥接。连接点之间的桥接通常会导致短路。
• 部分回流： 在某些情况下，回流可能不会完全覆盖电路板。这通常是由于回流焊不足、人为错误或机械故障造成的。
• 爆米花： 当焊球在焊接过程中合并在一起时，就会发生爆米花。这是 BGA 的常见问题，并且与桥接一样会导致短路。
• 开路： 当焊料未能润湿 PCB 焊盘并爬上焊球和元件表面时，就会发生开路。虽然电气测试可以将此识别为电路板上的问题，但它无法确定问题的原因。
• 作废： 当流量在焊接连接处停止时会出现空洞。这是可折叠 BGA 组件中的常见问题。

这些问题都可能是最终产品的致命错误，因此必须使用质量检测技术和技术来捕捉它们。幸运的是，现代检测技术已经发展到可以使用一种或多种检测方法识别大部分缺陷的程度。但是，在组装之前尽可能避免这些缺陷也很重要。

避免 BGA 缺陷的设计注意事项

虽然检测技术已经发展到可以在进行制造过程之前发现许多缺陷的程度，但避免不规则性始终是理想的选择。这需要设计团队仔细规划。为了最大限度地提高在 BGA 上成功焊接接头的机会，设计团队应在 PCB 布局中考虑以下因素：

• BGA 封装： PCB 设计人员需要确保他们拥有适合他们希望使用的 BGA 器件的正确封装模式。确保封装正确，并注意精确设计 PCB 封装焊盘，以避免在组装过程中出现短路和焊接问题。
• 热管理： PCB 布局必须考虑热质量。将 BGA 紧密地组合在一起可能会导致电路板的高密度部分和较少部分的热不平衡。例如，施加足够的热量来正确焊接紧密组合的 BGA 可能会在人口较少的区域导致烧伤。相反，施加足够的热量以避免燃烧人口较少的区域可能会导致 BGA 出现空洞。
• 通过展示位置： 过孔或通孔是 PCB 的常见特征，但过孔的放置会影响 BGA 组装过程中焊料的行为。与 BGA 焊盘相邻的过孔会导致过多的焊料从焊盘流向过孔，从而导致短路。为避免这种情况，请使用阻焊层将靠近 BGA 焊盘的任何通孔遮盖。

除了这些设计考虑因素之外，您还应该注意在组装前开发和验证适当的回流曲线。这涉及在电路板通过回流炉时使用分析器测量和记录 BGA 球/焊盘结处的温度范围。这可以通过废弃的裸 PCB 和 BGA 部件来完成。该数据可用于确保焊膏的回流曲线和 PCB 的热曲线正确，并在组装前识别任何设计问题。

球栅阵列检测技术

避免缺陷是目标，但始终需要 BGA 检查来分析 BGA 和 PCB 之间的连接。因为几乎不可能通过直接目视观察看到焊点，所以这种分析是使用各种检查技术和工具完成的。多年来，这些工具和技术已经发展成为可靠和用户友好的。虽然这些工具不能单独使用来涵盖检查的所有方面，但它们可以在组合使用时提供 BGA 的全面视图。

检查工具和技术通常分为以下几类：

1。电气测试

BGA 的电气测试是测试电路板电气特性的另一个检查过程。这与机械测试不同，机械测试是一种破坏性过程，对 BGA 进行冲击和剪切测试，以评估在应力下焊点的质量。

电气测试通过 BGA 运行电流以分析电路板的电气稳定性。测试确定连接BGA组件后电流是打开还是关闭。这种类型的测试有助于确定是否存在任何电气问题，例如短路或开路。然而，如前所述，电气测试只能识别这些缺陷的存在——它们不能用于定位 BGA 上的缺陷位置。

虽然电气测试是检测过程中的重要步骤，但很难在 BGA 组件下拾取测试点。仅通过电气测试也难以满足评估要求。相反，电气测试通常与其他测试技术结合使用，以识别球栅阵列检测中的问题。

2。光学或目视检查

光学检查，也称为视觉检查，是使用光学技术来查看 BGA 及其连接。这种技术在历史上使用肉眼或显微镜，结果有限。然而，事实证明，引入内窥镜对这种检查技术特别有价值。

内窥镜最初是为医疗应用而设计的，但该技术能够目视检查狭窄区域内的微小物体，使其成为 BGA 的理想选择。该技术涉及使用具有高放大倍率镜头的相机和连接的监视器来获取检查区域的特写图像。该技术通常与可视化软件配合使用，以进行高级图像捕获和测量。

使用内窥镜进行目视检查可以让技术人员查看 BGA 和 PCB 之间的外排连接——在良好的照明条件下，技术人员还可以查看一些内排。这种光学技术有助于识别和评估焊点的整体质量，包括焊点的形状、表面纹理和外观，这些都可以指示不同的缺陷。

光学检查还可以识别短路、开路、碎屑和冷焊，对于评估返工至关重要，因为它可以识别适当的回流焊覆盖率。但是，这种检测技术的视觉能力有限，无法对内部连接进行详细分析。

关于内窥镜的最后一点是，它们是一种用途广泛的检查设备。内窥镜可用于检查 BGA 焊点以及通过常规方法难以分析的各种表面贴装和通孔贴装组件。

3。 X 射线检测

BGA 最先进的检测方法是 X 射线检测。 X 射线通过将 X 射线能量从 X 射线管发射到板上来工作。 X 射线以不同的量穿过电路板，更多的 X 射线被困在焊点等密集区域。然后将 X 射线收集在探测器上，探测器将它们转化为可见光并生成图像。

在这张图片中，焊点比周围的颜色更暗，让观察者可以看到焊点图案。生成的图像将在理想电路板上显示出由相同黑圈组成的均匀网格，这些圆圈是焊点。

X 射线测试产生的图像中，球栅和焊料图案很容易从上向下的角度看到和检查。更先进的 X 射线检测技术具有倾斜功能，可以从不同角度分析焊点的形状。这些图像对于查看焊料图案和形状的变化特别有用，使其成为识别焊桥、爆米花、过量焊料和类似缺陷的良好技术。然而，这种技术并不擅长检测打开。

与内窥镜一样，X 射线检测技术可用于 BGA 检测之外的各种应用。一些示例包括通孔和通孔检测、表面贴装缺陷分析和无铅焊料检测。

联系千禧电路

当相互结合使用时，有效而彻底的球栅阵列检测技术可以大大减少通过检测阶段的缺陷数量。通过减少生产过程中出现的缺陷数量，企业可以减少代价高昂的返工和召回的发生。但是，通过质量设计避免 BGA 缺陷始终是理想的选择。如果您对 BGA、检测技术和避免 BGA 缺陷的方法有任何疑问，请联系 Millennium Circuits 的专家了解更多详情。

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