如何检测BGA焊后强度？分享：检测技术及质量控制

采用BGA技术封装器件的性能优于常规的元器件，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，究其原因主要是 BGA 器件焊接点的测试相当困难，不容易保证因其质量和可靠性。

器件焊接点检测中存在的问题

目前，中等规模到大规模采用BGA器件进行电子封装的厂商，主要是采用电子检测的方式来筛选 BGA 器件的焊接缺陷。在BGA器件装配工艺过程中控制质量和鉴别缺陷的方法包括在焊剂漏印(Paste Screen)上取样测试和使用X射线进行装配后的最终检验，以及电子测试的结果分析。

对BGA 器件的电子测试是一项极具挑战性的技术，因为在BGA器件下面定测试点是困难的，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。

根据经验，采用电子测试方式对BGA器件进行测试，从印制电路板装配线上剔除的所有BGA 器件当中，50%以上实际上并不存在缺陷，因而也就不应该被剔除掉。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要的测试电路。在检测 BGA器件缺陷的过程中，电子测试仅能确定在 BGA 连接时，判断导电电流的通、断，如果辅助于非物理焊接点测试，将有助于封装工艺过程的改善和进行SPC(统计工艺控制)。

BGA器件的封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个工艺过程的质量，要求了解和测试影响可靠性的物理因素，如焊料量、导线和焊盘的定位情况以及润湿性，不能仅基于电子测试所产生的结果就进行修改。

BGA期间的焊前检测和质量控制

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。基板或中间层是BGA封装中非常重要的部分，除了用于互连布线以外，还可用于阻抗控制及用于电感／电阻／电容的集成。因此要求基板材料具有高的玻璃转化温度rS(约为175~230℃)、高的尺寸稳定性和低的吸潮性，具有较好的电气性能和高可靠性。金属薄膜、绝缘层和基板介质间还要具有较高的粘附性能。细间距元件的局限性在于其引线容易弯曲折断，容易损坏，对引线的共面性和安装精度提出了很高的要求。BGA包装技术采用了一种新的设计思维模型，即在包装下隐藏圆形或圆柱形焊球，导线间距较大，导线较短。

BGA组件的可靠性和SMT组件的性能优于普通SMD(表面安装器件)。BGA组件的唯一问题是焊点测试困难，质量和可靠性难以确保。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。

BGA器件检测方式的探索

（凸点剪切力测试）

试验目的

本试验的目的是通过破坏性剪切测试评估倒装焊直径不大于80 m 点的抗切能力

试验设备

剪切力测试设备应使用校准的负载单元或传感器。设备的最大负载能力应不小于凸点最大剪切力的1.1倍,尊切工具的受力面宽度应达到凸点直径 1.1 倍以上,设备应能提供并记录施加于凸点的剪切力，也应能对负载提供规定的移动速率。

试验程序（安装）

在试验设备上安装剪切工具和试验样品,使凸点可以被平行于芯片表面的剪切工具剪切,如图 4 所示。应小心安放芯片而不对凸点造成损伤,且不使芯片变形。

在试验前,采用金相显微镜对凸点进行检查。保证它们的形状完好,无助焊剂残留或其他污染物受剪切试验设备的限制,受试凸点邻近的凸点(和在剪切工具行进路径上)有可能需要先从样品上移去。如果邻近的凸点需要去除,则凸点的残留物高度应足够低，以保证剪切工具在行进过程中不会碰触到残留的凸点。图 5 是典型用于剪切试验的受试样品。

凸点剪切（剪切工具）

剪切工具应由坚硬的刚性材料、陶瓷或其他非易弯曲的材料构成。

根据受试凸点的尺寸选择合适的剪切工具,剪切工具应和芯片表面成 90°5”。将剪切工具和凸点对齐,使其可以接触凸点的一侧。最好使用可移动的试验台和工具台进行对齐,并使移动平面垂直于负载方向。应特别注意，在试验安装中不应碰触到进行试验的凸点。

由于频繁使用会造成剪切工具磨损,从而影响试验结果。如果剪切工具有明显的磨损,如图 6 所示,则应替换。

剪切高度

剪切力和失效模式受剪切工具高度的影响。为保证试验结果的有效性,应对任何检验批进行相同条件的剪切试验，剪切工具高度设置应一致。

剪切高度不低于凸点高度的10%，剪切示意图如图 7 所示

剪切速度

凸点剪切过程中应保持恒定速率,直到剪切力下降到最大值的 25%以下,或直到剪切工具的移动距离超过凸点直径。

剪切试验的速度一般为0.1 mm/s~0.8 mm/s。

剪切力

试验数据应包括凸点剪切力的最大值、最小值、平均值以及标准偏差。完成足够的数据测量后,应建立有代表性的基于平均值和标准偏差的失效判据。

凸点剪切力数值应满足应用条件所要求的最小值

失效判据

凸点剪切共有4 种失效模式(见表 1),模式1和2 为合格失效模式,模式3 和 4 为不合格失效模式一般情况下,使用独立的光学系统来评估失效模式,如果出现比较低的凸点剪切力值或多种失效模式。应对断裂面进行详细的检查，一般使用金相显微镜在 500 倍及更高倍数下进行观察

说明

有关采购文件或详细规范中应规定以下内容:

凸点最小剪切力可按“最小凸点剪切力值=焊盘面积X凸点焊料抗剪切强度”方法进行计算:a)

试验的芯片数和凸点数;

数据记录要求。

以上就是科准测控的技术团队根据BGA的焊后检测和质量控制给出的检测办法，希望可以给大家带来帮助。如果您想了解更多关于BGA封装器件焊点的检测知识。那么，欢迎您关注我们，也可以给我们私信和留言，科准团队为您免费解答！

审核编辑 黄宇