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1、BGA 技术是将原来器件PLCC/QFP 封装的J 形或翼形引线，改变成球形引脚；把从器件本体四周 单线性 顺列引出的引线， 改变成本体腹底之下 全平面 式的格栅阵排列。 这样既可以疏散引脚间距，又能够增加引脚数目。同时BGA 封装还有如下一些优点；减少引脚缺陷，改善共面问题，减小引线间电感及电容，增强电性能及散热性能。正因如此，所以在电子元器件封装领域中，BGA 技术被广泛应用。尤其是近些年来，以BGA 技术封装的元器件在市场上大量出现，并呈现高速增长的趋势。虽然 BGA 技术在某些方面有所突破，但并非是十全十美的。由于BGA 封装技术是一种新型封装技术，与 QFP 技术相比，有许多新技术指
2、标需要得到控制。另外，它焊装后焊点隐藏在封装之下，不可能100 目测检测表面安装的焊接质量，为 BGA 安装质量控制提出了难题。下面就国内外对这方面技术的研究、开发应用动态作些介绍和探讨。1 BGA 焊前检测与质量控制生产中的质量控制非常重要，尤其是在BGA 封装中， 任何缺陷都会导致BGA 封装元器件在印制电路板焊装过程出现差错， 会在以后的工艺中引发质量问题。封装工艺中所要求的主要性能有: 封装组件的可靠性；与 PCB 的热匹配性；焊料球的共面性；对热、湿气的敏感性；是否能通过封装体边缘对准性，以及加工的经济性等。需指出的是，BGA 基板上的焊球无论是通过高温焊球（90Pb/10Sn ）转
3、换，还是采用球射工艺形成，焊球都有可能掉下丢失，或者形成过大、过小，或者发生焊料桥接、缺损等情况。因此，在对 BGA 进行表面贴装之前，需对其中的一些指标进行检测控制。英国 Scantron 公司研究和开发的Proscan1000, 用于检查焊料球的共面性、封装是否变形以及所有的焊料球是否都在。Proscan1000 采用三角激光测量法，测量光束下的物体沿X 轴和 Y 轴移动，在Z 轴方向的距离，并将物体的三维表面信息进行数字化处理，以便分析和检查。该软件以2000 点 /s 的速度扫描 100 万个数据点，直到亚微米级。扫描结果以水平、等量和截面示图显示在高分辩率VGA 监视器上。 Pros
4、an1000 还能计算表面粗糙度参数、体积、表面积和截面积。2 BGA 焊后质量检测使用球栅阵列封装（BGA ）器给质量检测和控制部门带来难题：如何检测焊后安装质量。由于这类器件焊装后，检测人员不可能见到封装材料下面的部分，从而使用目检焊接质量成为空谈。其它如板截芯片（ OOB ） 及倒装芯片安装等新技术也面临着同样的问题。而且与BGA 器件类似， QFP 器件的RF 屏蔽也挡住了视线，使目检者看不见全部焊点。为满足用户对可靠性的要求，必须解决不可见焊点的检测问题。光学与激光系统的检测能力与目检相似，因为它们同样需要视线来检测。即使使用QFP 自动检测系统 AOI(Automated Opti
5、cal Inspection) 也不能判定焊接质量，原因是无法看到焊接点。为解决这些问题，必须寻求其它检测办法。目前的生产检测技术有电测试、边界扫描及X 射线检测。2.1 电测试传统的电测试是查找开路与短路缺陷的主要方法。其唯一目的是在板的预置点进行实际的电连接，这样便可以提供使信号流入测试板、数据流入ATE 的接口。如果印制电路板有足够的空间设定测试点，系统也可检查器件的功能。测试仪器一般由微机控制，检测每块PCB 时，需要相应的针床和软件。对于不同的测试功能， 该仪器可提供相应工作单元来进行检测。例如，测试二极管、 三极管直流电平单元；测试电容、电感时用交流单元；而测试低数值电容、电感及高
6、阻值电阻时用高频信号单元。但在封装密度与不可见焊点数量都大量增加时，寻找线路节点则变得昂贵、不可靠。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2.2 边界扫描检测边界扫描技术解决了一些与复杂器件及封装密度有关的问题。采用边界扫描技术，每一个IC 器件设计有一系列寄存器，将功能线路与检测线路分离开，并记录通过器件的检测数据。测试通路检查IC 器件上每一个焊接点的开路、 短路情况。 基于边界扫描设计的检测端口，通过边缘连接器
7、给每个焊点提供一条通路，从而免除全节点查找的需要。尽管边界扫描提供了比电测试更广的不可见焊点检测范围，但也必须为扫描检测专门设计印制电路板与IC 器件。电测试与边界扫描检测主要用以测试电性能，却不能较好地检测焊接质量。为提高并保证生产过程中的质量，必须寻找其它方法来检测焊接质量，尤其是不可见焊点的质量。2.3 X 射线测试另一种检测方法是X 射线检测法，换言之，X 射线透视图可显示焊接厚度、形状及质量的密度分布。厚度与形状不仅是反映长期结构质量的指标，在测定开路、短路缺陷及焊接不足方面，也是很好的指标。此技术有助于收集量化的过程参数并检测缺陷。在今天这个生产竞争的时代，这些补充数据有助于降低新
8、产品开发费用，缩短投放市场的时间。（1）X 射线图像检测原理X 射线由一个微焦点X 射线管产生，穿过管壳内的一个铍窗，并投射到试验样品上。样品对X 射线的吸收率或透射率取决于样品所包含材料的成分与比率。穿过样品的X 射线轰击到X 射线敏感板上的磷涂层，并激发出光子，这些光子随后被摄像机探测到，然后对该信号进行处理放大，由计算机进一步分析或观察。不同的样品材料对X 射线具有不同的不透明系数见表1. 处理后的灰度图像显示了被检查的物体密度或材料厚度的差异。（2）人工X 射线检测使用人工X 射线检测设备，需要逐个检查焊点并确定其是否合格。该设备配有手动或电脑转辅助装置使组件倾斜，以便更好地进行检测和
9、摄像。详细定义的标准或目视检测图表可指导评估图像。但通常的目视检测要求培训操作人员，并且容易出错。此外，人工设备并不适合对全部焊点进行检测，而只适合工艺鉴定和工艺故障分析。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 18 页 - - - - - - - - - （3）自动检测系统全自动系统能对全部焊点进行检测。虽然已定义了人工检测标准，但全自动系统的复测正确度比人工X 射线检测方法高得多。自动检测系统通常用于产量高且品种少的生产设备上，具有高价值或要求可靠性的产品也需
10、要进行自动检测。检测结果与需要返修的电路板一起送给返修人员。这些结果还能提供相关的统计资料，用于改进生产工艺。自动检测系统需要设置正确的检测参数。大多数新系统的软件中都定义了检测指标，但必须重新制订，要适应以生产工艺中所特有的因素。否则可能错误的信息并且降低系统的可靠性。自动 X 射线分层系统使用了三维剖面技术。该系统能够检测单面板和双面板表面贴装电路板，而没有传统的 X 射线系统的局限性。系统通过软件定义了所要检查焊点的面积和高度，把焊点剖成不同的截面，从而为全部检测建立完整的剖面图。目前已有两种检测焊接质量的自动测试系统统上市：传输X 射线测试系统与断面X 射线自动测试系统。传输 X 射线
11、系统源于X 射线束沿通路复合吸收的特性。对SMT 的某些焊接，如单面PCB 上的J 型引线与细间距QFP ，传输X 射线系统是测定焊接质量最好的方法，但它却不能区分垂直重叠的特征。因此，传输X 射线透视图中，BGA 器件的焊缝被其引线的焊球遮掩。对于RF 屏蔽之下的双面密集型PCB 及元器件的不可见焊接，也存在这类问题。断面 X 射线测试系统克服了传输X 射线测试系统的众多问题。它设计了一个聚焦断面，并通过使目标区域上下平面散焦的方法，将PCB 的水平区域分开。该系统的成功在于只需较短的测试开发时间，就能准确检测出焊接缺陷。就多数线路板而言， 无夹具 也有助于减少在产品检测上所花的精力。对于小
12、体积的复杂产品， 制造厂商最好使用断面X 射线测试系统。 虽然所有方法都可检查焊接点，但断面X 射线测试系统提供了一种非破坏性的测试方法，可检测所有类型的焊接质量，并获得有价值的调整组装工艺的信息。（4）选择合适的X 射线检测系统选择适合实际生产应用的。有较高性能价格比X 射线检测系统以满足质量控制需要是一项十分重要的工作。最近较新的超高分辩率X 射线系统在检测及分析缺陷方面已达微米水平，为生产线上发现较隐蔽的质量问题（包括焊接缺陷）提供了较全面的、也比较省时的解决方案。在决定购买检测X 射线系统之前。一定要了解系统所需的最小分辩率，见表2 。与些同时也就决定了所要购置的系统的大致价格。当然，
13、设备放置、人员配备等因素也要在选购时全盘考虑。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 18 页 - - - - - - - - - 回流焊工艺简介通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。 1、回流焊流程介绍回流焊加工的为表面贴装的板，其流程比较复杂，可分为两种：单面贴装、双面贴装。 A，单面贴装：预涂锡膏 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） 回流焊 检查及电测试。 B，双面贴装： A 面
14、预涂锡膏 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） 回流焊B 面预涂锡膏贴片（分为手工贴装和机器自动贴装）回流焊 检查及电测试。 2、PCB 质量对回流焊工艺的影响。 3、焊盘镀层厚度不够，导致焊接不良。需贴装元件的焊盘表面镀层厚度不够，如锡厚不够，将导致高温下熔融时锡不够，元件与焊盘不能很好地焊接。对于焊盘表面锡厚我们的经验是应100。 4、焊盘表面脏，造成锡层不浸润。板面清洗不干净，如金板未过清洗线等，将造成焊盘表面杂质 残留。焊接不良。3 结束语随着 BGA 封装器件的出现并大量进入市场，针对高封装密度、 焊点不可见等特点， 电子厂商为控制BGAs 的焊装质量，需充分应用高科技工具、手段，努力
15、掌握和大力提高检测技术水平。使用新的工艺方法能有与之相适应、相匹配的检测手段。只有这样，生产过程中的质量问题才能得到控制中。而且，把检测过程中反映出来的问题反馈到生产工艺中去加以解决，将会使生产更加顺畅，减少返修工作量。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 18 页 - - - - - - - - - 5、湿膜偏位上焊盘，引起焊接不良。湿膜偏位上需贴装元件的焊盘，也将引起焊接不良。 6、焊盘残缺，引起元件焊不上或焊不牢。 7、BGA 焊盘显影不净，有湿膜或杂质残
16、留，引起贴装时不上锡而发生虚焊。 8、BGA 处塞孔突出，造成BGA 元件与焊盘接触不充分，易开路。 9、BGA 处阻焊套得过大，导致焊盘连接的线路露铜，BGA 贴片的发生 短路 。 10、定位孔与图形间距不符合要求，造成印锡膏偏位而短路。 11、IC 脚较密的 IC 焊盘间绿油桥断，造成印锡膏不良而短路。 12、IC 旁的过孔塞孔突出，引起IC 贴装不上。 13、单元之间的 邮票 孔断裂，无法印锡膏。 14、钻错打叉板对应的识别光点，自动贴件时贴错，造成浪费。 15、NPTH 孔二次钻，引起定位孔偏差较大，导致印锡膏偏。 16、光点（ IC 或 BGA 旁） ，需平整、哑光、无缺口。否则机器
17、无法顺利识别，不能自动贴件。 17、手机 板不允许返沉镍金，否则镍厚严重不均。影响信号 。混合装配在混合装配的工艺中，一块电路板 要经过回流焊、波峰焊两种焊接工艺，如在电路板元件面上同时有贴装元件和插装元件，那么这种电路板则需先经过回流焊后，再过波峰焊 。PCB 质量对混合装配工艺的影响PCB 质量对混合装配工艺的影响，同前介绍的1.1 及 2.1.但混合装配中存在一种复杂的情况，即对于一款板其元件面有贴装元件和插装元件，焊接面上有贴装元件，其贴装流程为：元件面回流焊焊接面点红胶烘板固化红胶元件面波峰焊。在此流程中出现的问题已在前叙述，但有一点要求较为特殊：如果是喷锡板，焊接面不可以聚锡，因为
18、如果聚锡，就会使焊接面被红胶粘上的元件在过锡炉时脱落。因此，焊接面的锡厚要严格控制，在确保锡厚的情况下尽量平整一致。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 18 页 - - - - - - - - - 1 引言随着现代科技的发展， 半导体器件和组件在工程、 商业上得到了广泛应用。 它在雷达、遥控遥测、 航空航天等的大量应用对其可靠性提出了越来越高的要求。而因芯片焊接 （粘贴）不良造成的失效也越来越引起了人们的重视，因为这种失效往往是致命的，不可逆的。芯片到封装体的
19、焊接（粘贴）方法很多，可概括为金属合金焊接法（或称为低熔点焊接法）和树脂粘贴两大类1 。它们连接芯片的机理大不相同， 必须根据器件的种类和要求进行合理选择。要获得理想的连接质量，还需要有针对性地分析各种焊接（粘贴）方法机理和特点，分析影响其可靠性的诸多因素， 并在工艺中不断地加以改进。本文对两大类半导体器件焊接（粘贴）方法的机理进行了简单阐述，对几种常用方法的特点和适用性进行了比较，并讨论了在半导体器件中应用最为广泛的金- 硅合金焊接失效模式及其解决办法。2 芯片焊接 ( 粘贴) 方法及机理芯片的焊接是指半导体芯片与载体（封装壳体或基片） 形成牢固的、 传导性或绝缘性连接的方法。 焊接层除了为
20、器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。其方法可分为树脂粘接法和金属合金焊接法。树脂粘贴法是采用树脂粘合剂在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或是在其中掺杂金属（如金或银）形成电和热的良导体。粘合剂大多采用环氧树脂。环氧树脂是稳定的线性聚合物， 在加入固化剂后， 环氧基打开形成羟基并交链，从而由线性聚合物交链成网状结构而固化成热固性塑料。其过程由液体或粘稠液 凝胶化 固体。固化的条件主要由固化剂种类的选择来决定。而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。掺银环氧粘贴法是当前最流行的芯片粘贴方法之一，它所需的固化温度低， 这可以避免热应力，但有银迁移的缺点 2 。 近年来应
21、用于中小功率晶体管的金导电胶优于银导电胶 3 。 非导电性填料包括氧化铝、氧化铍和氧化镁，可以用来改善热导率。 树脂粘贴法因其操作过程中载体不须加热，设备简单， 易于实现工艺自动化操作且经济实惠而得到广泛应用，尤其在集成电路和小功率器件中应用更为广泛。 树脂粘贴的器件热阻和电阻都很高。树脂在高温下容易分解， 有可能发生填料的析出， 在粘贴面上只留下一层树脂使该处电阻增大。因此它不适于要求在高温下工作或需低粘贴电阻的器件。另外，树脂粘贴法粘贴面的机械强度远不如共晶焊接强度大。金属合金焊接法主要指金硅、 金锗、金锡等共晶焊接。 这里主要以金硅共晶焊为例加以讨论。金的熔点为1063，硅的熔点为141
22、4，但金硅合金的熔点远低于单质的金和硅。从二元系相图中可以看到，含有31% 的硅原子和 69% 的金原子的 Au-Si 共熔体共晶点温度为370。 这个共晶点是选择合适的焊接温度和对焊接深度进行控制的主要依据。 金硅共晶焊接法就是芯片在一定的压力下（附以摩擦或超声），当温度高于共晶温度时，金硅合金融化成液态的Au-Si 共熔体；冷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 18 页 - - - - - - - - - 却后，当温度低于共晶温度时， 共熔体由液相变为以晶
23、粒形式互相结合的机械混合物金硅共熔晶体而全部凝固，从而形成了牢固的欧姆接触焊接面。共晶焊接法具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高和含较少的杂质等优点，因而在微波功率器件和组件的芯片装配中得到了广泛的应用并备受高可靠器件封装业的青睐， 其焊接强度已达到 245MPa4 。金属合金焊接还包括“软焊料”焊接（如 95Pb/5Sn，92.5Pb/5In/2.5Ag），由于其机械强度相对较小，在半导体器件芯片焊接中不太常用。 以下是几种焊接 （粘贴）方法的比较，如表 1 所示。无论采用哪种焊接方法，成功的标志都是芯片与封装体焊接面之间的界面牢固、平整和没有空洞。由于 Au-Si 共晶焊接在半导体器
24、件和微电子电路中应用最为广泛， 因而结合工作实际这里主要针对此种焊接方法的失效原因和解决措施进行讨论。3 失效模式分析3.1 欧姆接触不良芯片与基片间良好的欧姆接触是保证功率器件正常工作的前提。欧姆接触不良会使器件热阻加大， 散热不均匀，影响电流在器件中的分布， 破坏器件的热稳定性，甚至使器件烧毁。半导体器件的散热有辐射、 对流和传导三种方式， 其中热传导是其散热的主要方式。以硅微波功率晶体管为例， 图 1 是硅微波功率管装配模型， 图 2 是其热等效电路。其中 Tj 为管芯结温， TC为管壳温度； R1 、R2 、R3、R4 、R5分别是芯片、Au-Si 焊接层、BeO 、 界面焊料层和钨铜
25、底座的热阻。 总热阻 R=R1+R2 +R3+R4+R 5。芯片集电结产生的热量主要通过硅片、焊接层、BeO传到 WCu 外壳。 Au-Si 焊接层的虚焊和空洞是造成欧姆接触不良的主要原因，空洞会引起电流密集效应， 在它附近有可能形成不可逆的， 破坏性的热电击穿， 即二次击穿 5 。焊接层的欧姆接触不良给器件的可靠性带来极大隐患。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 18 页 - - - - - - - - - 3.2 热应力失效这是一种由机械应力导致的失效。
26、由于其失效的最终表现形式往往是焊接面裂纹或芯片剥裂， 因而在这里把它归结为微焊接失效模式之一来加以讨论。微电子器件的焊接界面是由性能各异的一些材料组成，如Si、SiO 2、BeO 、Al2O3、WCu等。这些材料的线热膨胀系数各不相同，如常用作底座的WCu 其膨胀系数比 Si晶体几乎大 4 倍。当它们结合在一起时， 不同的材料界面间会存在压缩或拉伸应力。微波功率器件在工作期间往往要经受热循环，由于芯片和封装体的热膨胀系数不同，在热循环过程中焊接面间产生周期性的剪切应力，这些应力将可能聚集在空洞的位置上使焊料形成裂纹甚至使硅片龟裂，最终导致器件因热疲劳而失效。在芯片与管壳之间的焊层中，最大的热剪
27、切力形变可估计为6 S=D T/2d （）式中，D为芯片对角线尺寸； d 为焊层厚度； T=Tmax Tmin，Tmax为焊料凝固线温度， Tmin为器件筛选中的最低温度； 为芯片与基片材料的热膨胀系数之差。从上式可以看到， 热形变直接与芯片大小成正比，芯片尺寸越大， 焊接后其在温循中要承受的剪切力也就越大。 从这个角度讲， 大功率器件采用小芯片多胞合成是十分必要的。在焊接中，必须充分考虑到芯片与基片的热匹配情况，在硅器件中若使用热膨胀系数同硅非常相近的陶瓷基片（如AlN），将大大降低热应力，可用于大芯片装配。4 焊接质量的三种检验方法4.1 剪切力测量这是检验芯片与基片间焊接质量最常用和直观
28、的方法。图 3 是用来检测芯片焊接的 GJB548A -96 的最小剪切力与芯片面积的关系。在焊接良好的情况下，即使芯片推碎了，焊接处仍然留有很大的芯片残留痕迹。一般焊接空洞处不粘附芯片衬名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 18 页 - - - - - - - - - 底材料，芯片推掉后可直接观察到空洞的大小和密度。图 4 是某器件芯片推掉后观察到的焊接空洞照片。用树脂粘贴法粘贴的器件，若要在较高、较低温度下长期工作, 应测不同温度下的剪切力强度7。4.2 电
29、性能测试对于芯片与基片或底座导电性连接（如共晶焊、导电胶粘贴）的双极器件，其焊接（粘贴）质量的好坏直接影响器件的热阻和饱和压降 Vces，所以对晶体管之类的器件可以通过测量器件的 Vces 来无损地检验芯片的焊接质量。在保证芯片电性能良好的情况下， 如果 Vces 过大，则可能是芯片虚焊或有较大的“空洞”。此种方法可用于批量生产的在线测试。4.3 超声波检测超声波检测方法的理论依据是不同介质的界面具有不同的声学性质，反射超声波的能力也不同。当超声波遇到缺陷时，会反射回来产生投射面积和缺陷相近的“阴影”。对于采用多层金属陶瓷封装的器件，往往需对封装体进行背面减薄后再进行检测。 同时，由于热应力而
30、造成的焊接失效，用一般的测试和检测手段很难发现，必须要对器件施加高应力， 通常是经老化后缺陷被激活，即器件失效后名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 18 页 - - - - - - - - - 才能被发现。 图 5 是某失效器件经背面减薄后的声扫照片，黑色圈内部分为焊接缺陷。借助超声波能够精确地检测出焊接区域内缺陷的位置和大小。采用超声波探伤仪进行超声波检测是检验芯片焊接质量好坏的有效方法。5 焊接不良原因及相应措施5.1 芯片背面氧化器件生产过程中，焊接前往
31、往先在芯片背面蒸金。在Au-Si 共晶温度下， Si 会穿透金层而氧化生成SiO 2 ，这层 SiO2会使焊接浸润不均匀，导致焊接强度下降。即使在室温下，硅原子也会通过晶粒间的互扩散缓慢移动到金层表面。因此，在焊接时保护气体N2必须保证足够的流量，最好加入部分H 2 进行还原。芯片的保存也应引起足够的重视， 不仅要关注环境的温湿度， 还应考虑到其将来的可焊性，对于长期不用的芯片应放置在氮气柜中保存。5.2 焊接温度过低虽然 Au-Si 共晶点是 370，但是热量在传递过程中要有所损失，因而应选择略高一些，但也不可太高， 以免造成管壳表面氧化。 焊接温度也要根据管壳的材料、大小、热容量的不同进行
32、相应调整。为保证焊接质量， 应定期用表面温度计测量加热基座的表面温度，必要时监测焊接面的温度。5.3 焊接时压力太小或不均匀焊接时应在芯片上施加一定的压力。 压力太小或不均匀会使芯片与基片之间产生空隙或虚焊。 表 2 是某型号芯片在不同压力下的剪切力强度比较。从表 2 中可以看出，压力减小后， 芯片剪切力强度大幅度下降，而且实验中还可观察到硅片残留面积均小于 50% 。但也不能使压力过大，以免碎片。因此焊接时压力的调整是很重要的，要根据芯片的材料、厚度、大小的综合情况进行调整，在实践中有针对性地积累数据，才能得到理想的焊接效果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
33、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 18 页 - - - - - - - - - 基片被沾污、 有局部油渍或氧化会严重影响焊接面的浸润性。这种沾污在焊接过程中是较容易观察到的，这时必须对基片进行再处理。5.4 基片清洁度差5.5 热应力过大热应力引起的失效是个缓慢的渐变过程，它不易察觉， 但危害极大。 通常芯片厚度越大应力相应越小。 因此芯片不应过薄。 另外如果基片或底座与芯片热性能不匹配，也会造成很大的机械应力。焊接前基片或底座可先在200预热，用于拾取芯片的吸头也可适当加热以减少热冲击。焊接后可以在 N2 保护气氛下进
34、行缓慢冷却，在此冷却过程中也可消除部分应力。5.6 基片金层过薄当基片镀金层较薄又不够致密时，即使在氮气保护下，达到Au-Si 共晶温度时，镀层也会发生严重的变色现象，从而影响焊接强度。实验证明，对于1mm 1mm的芯片，基片上镀金层厚度大于2m才能获得可靠的共晶焊。一般来说，芯片尺寸越大，镀金层也要相应增加。6 结语随着技术的发展，芯片的焊接（粘贴）方法也越来越多并不断完善。半导体器件焊接（粘贴）失效主要与焊接面洁净度差、不平整、有氧化物、加热不当和基片镀层质量有关。树脂粘贴法还受粘料的组成结构及其有关的物理力学性能的制约和影响。要解决芯片微焊接不良问题，必须明白不同方法的机理， 逐一分析各
35、种失效模式，及时发现影响焊接（粘贴）质量的不利因素，同时严格生产过程中的检验，加强工艺管理， 才能有效地避免因芯片焊接不良对器件可靠性造成的潜在危害。BGA 优点之一是设计用于BGA 的印刷锡膏比用于同等的I/O 微间插件的更多。 因此它能够减少印浆通过狭窄的微间距钢网孔时产生的许多故障。然而，因为PCB名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 18 页 - - - - - - - - - 与插件之间的连接是隐藏在包装材料中形成的，所以 BGA插件技术存在几个独特
36、的挑战。一、BGA 缺陷从生产前景来看， BGA 技术主要弊端是焊接处隐藏在包装材料中，而在插件周围看不到。另一个弊端是不能修理单个脚，甚至当一个连接有故障时， 整个组件都必须拆开和返修。 此外，检查和返修一个故障BGA 组件需要的设备和费用既昂贵又耗时，对于造成有 BGA 焊接故障的生产商而言， 其付出的代价是惨重的。 因此，BGA 装配生产商希望制造一个尽可能避免故障发生的装配检查系统。二、印刷锡膏的重要性BGA 装配过程中，印刷锡浆工序是最重要的步骤， 有效地控制印刷锡膏是确保BGA高产量的关键（图 1）。所有 BGA 组件依靠锡浆提供助焊剂或助焊剂和锡浆的结合物，把元件固定到PCB上。
37、对于 CBGA 器件，锡浆份量是特别关键的，因为锡膏影响一次性合格产品的产量，而且对于焊接可靠性也很关键。它主要是由于PCB/CBGA 球形连接潜在的压力使其破裂，这种压力由器件和PCB 基层之间热膨胀系数（ CFE ）的差异形成。锡浆份量对于 CCGA 的可靠性不像对于CBGA 插件那么关键。 然而，印刷锡膏的高度却很关键，因为它可以补偿插件柱长度预期变化。同样，锡浆份量对于TBGA产品的可靠性不是关键性的。 如果要正确地形成连接， 锡浆高度的共面性必须与TBGA 插件的共面性相匹配。PBGA 组件上的共晶锡珠提供大多数的焊接接头。组成 PBGA 最重要的焊剂进助焊剂，它产生促进适当的接合湿
38、泣。不像CBGA ，PBGA ，增加多一些锡浆也不能提高长期可靠性。相反， PBGA 接合中加得太多锡浆可能会产生桥接现象。因此，锡浆印刷加工更符合PBGA 装配要求时，锡浆检查能够有效防止桥接和保证足够的锡浆份量，形成可靠的焊点。三、回流焊接前和回流焊后加工控制比较为保证提供优质产品给最终用户，SMT 行业内已经出现两种截然不同的策略，即回流焊接前检查和回流焊接后检查。回流焊接后检查设备以BGA 装配加工为目标，包括 X光射线，在线测试（ ICT）和功能测试设备。回流焊接前检查和过程控制包括锡浆检查和组件贴装检查。几个关键因素表明， 回流焊接前锡浆检查是最可行的检查技术： 在各种类型的 BG
39、A元件上形成高产量和长寿命的焊点， 印刷锡膏是关键因素。 回流焊接后 X光射线检查设备很昂贵，它会全面检查在锡浆加工控制过程中已预防过的故障。 在不完全拆开组件的条件下，返修单个BGA 脚是不可能的。避免BGA返修是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 18 页 - - - - - - - - - 生产商所希望的目标。 CBGA 组件的长期可靠性与锡浆份量有直接关系，回流焊接后检查能判断出不合格组件并显示 硬失败 ，例如开路和短路， 它不能消除因印刷锡膏不足导
40、致的焊接疲劳造成现场失败的出现。而在 BGA改善加工过程中， X光射线技术是一个必要的研究工具，对每个装配点的在线锡浆检查技术， 更适合大批量 BGA产品生产。与预防故障和长期可靠性有关的成本远远大于用于在线锡浆检查设备的成本。四、锡浆检查加工自动化在线锡浆检查技术包括：2-D 图像机器可视系统， 3-D 抽样检查和在线的1003-D 激光扫描系统。设计上述系统，目的是替代主观的和通常不可靠的视觉检查方式，它通过数量和平均测量方法进行检查。2-D 图像机器可视系统：最普通的在线可视系统以2-D 图像拍摄技术为基础，它收集 PCB的可视图像， 作数字化处理后， 建立数码影像， 再通过分析图像亮度
41、信息把目标从背景中分离出来， 测量目标外貌上所需要的特征。 至于在线锡浆检查，2-D 图像只能测量锡浆面积而不能测量高度或份量。采用 2-D 技术最初成本较便宜，目的刺通过典型手工艺高容量脉冲速度来满足100检查需要。但是，由于2-D 数据对于颜色和光线明暗对比度非常敏感，并且无法提供高度和份量信息，所以2-D 技术检查效果有限。锡浆份量对于CBGA的长期可靠量关键的； 锡浆高度对于 TBGA 踏它 CCGA 的产量也量关键手工艺； 防止 PBGA 产生桥接现象就挲避免过多的锡浆份量。2-D 可视系统不能确保高产量和长寿命的 BGA焊接。3-D 抽样系统：几种类型的3-D 系统可以测量 PCB
42、 上单个 BGA 印刷锡膏的高度。它利用点激光或光结构技术测量印刷锡膏样本手工艺高度，然后用统计方法判断整个 PCB合格与否。由于技术本身存在手工艺速度限制，这些系统仅仅局限于测量相对较小的印刷锡膏样本。 取样系统方法的优势在于成本低、设置和综合需求简单。另一个弊端是，通过/ 失败统计预测依靠 正常 方式中的锡浆加工特性。 在线 3-D系统 100的测量印刷锡膏， 从中收集到的数据表明印刷加工更多地呈现不正常的特征。一旦加工处于 控制中 ，随机性缺点成为主要的失败来源。此外，低级的高度感应系统对于某些因素很敏感，包括锡浆结构，PCB变形踏它阻焊膜厚度等，所以精密加工控制程度非常有限。五、3-D
43、 激光扫描技术高速激光扫描 3-D 系统代表高级在线锡浆检查系统，提供 100在线检查锡浆的份量，高度，面积和定位，允许SMT 生产商确保每个印刷锡膏都满足技术规格。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 18 页 - - - - - - - - - 1003-D 锡浆检查系统费用通常比低级取样系统昂贵，并且回流焊接后无需再用 X光射线检查。此外， ROI系统潜力很大，它通过100锡浆份量，高度踏它共面性的检查消除所有与锡浆峨有相关的BGA故障。具有良好设计的高
44、速3-D 激光扫描系统的优势是： 高密度踏它高速的 3-D 数据提供 100的锡浆份量变化情况，有效地消除由锡浆形状，PCB材料或阻焊膜厚度造成的测量误差。图2 就是一个激光扫描性能的例子。因为兼容各种激光扫描3-D 感应技术，包括固态声光镜（AO ）和旋转多棱镜系统，促使生产商检查各种技术的精确度和测量重复精度以及再生产的性能（GRQR). 实现 BGA 的良好焊接贴子发表于： 2006-4-6 9:03:31 随着电子技术的发展， 电子元件朝着小型化和高密集成化的方向发展。BGA 元件已越来越广泛地应用到SMT 装配技中来，并且随着u BGA 和 CSP 的出现， SMT 装配的难度是愈来
45、愈大，工艺要求也愈来愈高。由于 BGA 的返修的难度颇大，故实现 BGA 的良好焊接是放在所有SMT 工程人员的一个课题。这里就 BGA 的保存和使用环境以及焊接工艺等两大方面同大家讨论。BGA 的保存及使用BGA 元件是一种高度的温度敏感元件，所以BGA 必须在恒温干燥的条件下保存，操作人员应该严格遵守操作工艺流程， 避免元器件在装配前受到影响。一般来说， BGA 的较理想的保存环境为200C-250C,湿度小于 10%RH（有氮气保护更佳）。大多数情况下，我们在元器件的包装未打开前会注意到BGA 的防潮处理，同时我们也应该注意到元器件包装被打后用于安装和焊接的过程中不可以暴露的时间，以防止
46、元器件受到影响而导致焊接质量的下降或元器件的电气性能的改变。下表为湿度敏感的等级分类，它显示了在装配过程中，一旦密封防潮包装被开，元器件必须被用于安装，焊接的相应时间。一般说来，BGA 属于 5 级以上的湿度敏感等级。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 18 页 - - - - - - - - - 表 1 湿度敏感等级。等级 时间 时间1 无限制30oC/85% RH 2 一年30oC/60% RH 2a 四周 30oC/60% RH 3 168 小时 30
47、oC/60% RH 4 72 小时 30oC/60% RH 5 48 小时 30oC/60% RH 5a 24 小时 30oC/60% RH 6 按标签时间规定30oC/60% RH 如果在元器件储藏于氮气的条件下，那么使用的时间可以相对延长。大约每 4-5 小时的干燥氮气的作用，可以延长 1 小时的空气暴露时间。在装配的过程中我们常常会遇到这样的情况，即元器件的包装被打开后无法在相应的时间内使用完毕，而且暴露的时间超过了表1 中规定的时间，那么在下一次使用之前为了使元器件具有良好的可焊性，我们建议对 BGA 元件进行烘烤。烘烤条件下：温度为1250C，相对相湿度 60% RH，烘烤时间参考表
48、2。烘烤的温度最不要超过1250C，因为过高的温度会造成锡球与元器件连接处金相组织变化，而当这些元器件进入回流焊的阶段时，容易引起锡球与元器件封装处的脱节，造成 SMT 装配质量问题， 我们却会认为是元器件本身的质量问题造成的。但果烘烤的温度过低，则无法起到除湿的作用。在条件允许情况下，我们建议在装配前将元器件烘烤下，有利于消除BGA 的内部湿气，并且提高BGA 的耐热性，减少元器件进入回流焊受到的热冲击对器件的影响。BGA 元器件在烘烤后取出，自然冷却半小时才能进行装配作业。表 2 烘烤时间封装厚度湿度敏感等级烘烤时间1.4MM 2a 4 小时3 7 小时4 9 小时5 10 小时5a 14
49、 小时2.0MM 2a 18 小时名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 18 页 - - - - - - - - - 3 24 小时3 31 小时5a 37 小时4.0MM 2a 48 小时3 48 小时3 48 小时3 48 小时5a 48 小时BGA 的焊接工艺要求在 BGA 的装配过程中，每一个步骤，每一样工具都会对BGA 的焊接造成影响。1.焊膏印刷焊膏的优劣是影响表面装贴生产的一个重要环节。选择焊膏通常会考虑下几个方面：良好的印刷性好的可焊性好的可焊
50、性低残留物。一般来说， 我们采用焊膏的合金成分为含锡63和含铅 37的低残留物型焊膏。表 3 显示了如何根据元器件的引脚间距选择相应的焊膏。从表中可以看出元器件的引脚间别具匠心越，焊膏的锡粉颗越小，相对来说印刷较发好。但并不是说选择焊膏锡粉颗越小越好，因为从焊接效果来说，锡粉颗粒大的焊膏焊接效果要比锡粉颗粒小的焊膏好。因此，我们在选择时要从各方面因素综合考虑。由于 BGA 的引脚间较小，丝网模板开孔较小，所以我们采用直径为45M 以下的焊膏，以保证获得良好的印刷效果。表 3 焊膏锡粉形状与颗粒直径引脚间距（ MM ） 1.27 1 0.8 0.65 0.5 0.4 锡粉形状非球型球型球型 球型