从原理到检测设备：全方位解读球栅阵列(BGA)测试流程

近期，小编接到一些来自半导体行业的客户咨询，他们希望了解如何进行球栅阵列(BGA)测试，包括应该使用哪些设备和具体的操作方法。

球栅阵列(BGA)作为电子封装技术的一种，具有高密度、高可靠性和优良的电性能等特点，广泛应用于半导体芯片、微电子器件等领域.然而，在BGA的生产和应用过程中，可能会出现各种质量问题，如焊球共面性不良、焊球拉脱力不足等，这些问题会严重影响产品的性能和可靠性。

因此，对BGA进行严格的测试和质量控制至关重要。本文科准测控小编将详细介绍球栅阵列(BGA)的测试方法，以确保其质量和可靠性。

一、测试原理

球栅阵列(BGA)测试原理主要涉及对BGA封装芯片的焊球共面性和焊球拉脱力进行综合评估。焊球共面性测试通过测量焊球顶点与基准平面之间的距离差值，确保焊球与基板接触良好，避免焊接缺陷；而焊球拉脱力测试则通过施加垂直于器件表面的拉力，测量焊球与基板之间的结合强度，以评估焊接质量和可靠性。通过这两种测试方法，可以全面检测BGA封装芯片的质量，确保其在电子设备中的稳定性和可靠性，并根据测试结果进行工艺优化、材料控制和设备维护等质量控制措施，提高产品的性能和可靠性。

二、检测内容

1、焊球共面性测试

1） 测试目的

焊球共面性测试的目的是测定BGA焊球的共面度，即焊球顶点与基准平面之间的距离差值.共面度是衡量BGA焊接质量和可靠性的重要指标之一，共面度不良会导致焊接时焊球与基板接触不良，进而引发焊接缺陷，如虚焊、短路等，影响电子器件的性能和可靠性.

2）检测设备

a、Beta S100推拉力测试机

Beta S100推拉力测试机是用于为微电子引线键合后引线焊接强度测试、焊点与基板表面粘接力测试及其失效分析领域的专用动态测试仪器，常见的测试有晶片推力、金球推力、金线拉力等，采用高速力值采集系统。根据测试需要更换相对应的测试模组,系统自动识别模组量程。可以灵活得应用到不同产品的测试，每个工位独立设置安全高度位及安全限速，防止误操作对测试针头造成损坏。且具有测试动作迅速、准确、适用面广的特点。适用于半导体IC封装测试、LED 封装测试、光电子器件封装测试、PCBA电子组装测试、汽车电子、航空航天、军工等等。亦可用于各种电子分析及研究单位失效分析领域以及各类院校教学和研究。

b、设备特点

采用Beta S100推拉力测试机进行焊球共面性测试.Beta S100推拉力测试机是一种高精度的动态测试仪器，能够准确测量焊球共面度，设备测量准确度应在规定偏差的±10%以内，能够满足BGA焊球共面性测试的精度要求.

C、测试方法

样品准备：将待测BGA器件小心放置在测试平台上，确保焊球朝上，避免对焊球造成损伤.

基准平面建立：选择三个具有到植球面最大垂直距离的焊球顶点，这三个点形成基准平面.由焊球形成的三角形基准平面应包括器件重心，如果构建的基准平面不包括器件重心，则使用下一个和植球面具有最大垂直距离的焊球来构建有效的基准平面 .

测量共面度：使用Beta S100推拉力测试机的测量工具，测量每个焊球顶点和基准平面之间的距离，记录最大测量差值，即为共面度。

2、焊球拉脱力测试

1） 测试目的

焊球拉脱力测试的目的是测量BGA焊球的抗拉脱能力，即焊球在受到垂直于器件表面的拉力作用下，焊球与基板之间的结合强度.焊球拉脱力是评估BGA焊接质量和可靠性的重要指标之一，拉脱力不足会导致焊球在受到外力作用时脱落，影响电子器件的正常工作 .

2）测试设备

同样采用Beta S100推拉力测试机进行焊球拉脱力测试.Beta S100推拉力测试机配备有校准的负载单元和传感器，能够提供并记录施加于焊球的拉力，并对负载提供规定的移动速率，满足焊球拉脱力测试的需求.

3）测试方法

a、样品制备：在测试前，应对焊球进行目检，以保证它们的形状完好，无焊剂残留或污染物.如果在不去除邻近焊球的情况下，拉力爪不能夹住焊球，这时应使用工具，如锋利的刀片，去除临近的焊球。

b、安装拉力爪：根据受试焊球的尺寸选择合适的拉力爪，并设置相应的拉力爪的锁定压力.合适的拉力爪是指使焊球产生形变的程度小。

c、施加拉力：选择并安装和焊球直径相匹配的拉力爪，并在Beta S100推拉力测试机上夹住受试样品，以使焊球可以在垂直于样品表面的方向上被拉起.启动测试机，逐渐增加拉力，直至引线断裂或焊点脱落，记录此时的最大拉力值。

d、记录与分析：记录失效数据，包括失效时的最大拉力值和失效的分离模式.根据记录的拉力值和失效模式，对比相应标准中的合格要求，判断焊球拉脱力是否满足规范。

3、测试结果分析与质量控制

1）数据分析

完成测试后，整理并分析所有样品的测试数据，进行综合评估.对于焊球共面性测试，分析共面度数据的分布情况，找出共面度不良的样品，并分析其可能的原因，如焊接工艺参数不当、焊球质量不稳定等.对于焊球拉脱力测试，分析拉脱力数据的平均值和标准偏差，建立有代表性的基于平均值和标准偏差的失效判据。

2）质量控制措施

工艺优化：根据测试结果，对焊接工艺参数进行优化，如调整焊接温度、时间、压力等，以提高焊球共面性和拉脱力.对于共面性不良的样品，可以调整焊接设备的精度和稳定性，确保焊球的均匀性和一致性。

材料控制：加强对焊球材料的质量控制，确保焊球的成分、尺寸和形状符合要求.对于拉脱力不足的样品，可以更换焊球材料或改进焊球的表面处理工艺，以提高焊球与基板之间的结合强度。

设备维护：定期对Beta S100推拉力测试机进行维护和校准，确保设备的精度和稳定性，避免因设备故障导致测试结果的偏差。

通过以上测试方法和质量控制措施，可以有效地检测和控制球栅阵列(BGA)的质量，提高产品的可靠性和性能，满足电子行业对高质量电子器件的需求。

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审核编辑 黄宇