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BGA与质控详细介绍
BGA是是现代组装技术的新概念，它的出现促进SMT（表面贴装技术)与SMD（表面贴装元器件)的发展和革新，并将成为高密度、高性能、多功能及高I/O数封装的最佳选择。本文简要介绍了BGA的概念、发展现状、应用情况以及一些生产中应用的检测方法等，并讨论了BGA的返修工艺。
随着科学技术的不断发展，现代社会与电子技术息息相关，超小型移动电话、超小型步话机、便携式计算机、存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器、高清晰度电视机等都对产品的小型化、轻型化提出了苛刻的要求。要达到达一目标，就必须在生产工艺、元器件方面着手进行深入研究。ＳＭＴ（Surface Mount Technology)表面安装 技术顺应了这一潮流，为实现电子产品的轻、薄、短、小打下了基础。
ＳＭＴ技术进入９０年代以来，走向了成熟的阶段，但随着电子产品向便携式／小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展，对电子组装技术提出了更高的要求，新的高密度组装技术不断涌现，其中bga（Ball Grid Array球栅阵列封装)就是一项已经进入实用化阶段的高密度组装技术。本文将就bga器件的组装特点以及焊点的质量控制作一介绍。
一、bga 技术简介
bga技术的研究始于60年代，最早被美国ＩＢＭ公司采用，但一直到90年代初，bga 才真正进入实用化的阶段。
在80年代，人们对电子电路小型化和I/O引线数提出了更高的要求。为了适应这一要求，ＱＦＰ的引脚间距目前已从1.27mm发展到了0.3mm。由于引脚间距不断缩小，I/O数不断增加，封装体积也不断加大，给电路组装生产带来了许多困难，导致成品率下降和组装成本的提高。另方面由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制，０．３ｍｍ已是ＱＦＰ引脚间距的极限，这都限制了组装密度的提高。于是一种先进的芯片封装bga（Ball Grid Array)应运而生，bga是球栅阵列的英文缩写，它的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，引线间距大，引线长度短，这样bga消除了精细间距器件中由于引线而引起的共面度和翘曲的问题。bga技术的优点是可增加I/O数和间距，消除ＱＦＰ技术的高I/O数带来的生产成本和可靠性问题。
bga器件的结构可按焊点形状分为两类：球形焊点和柱状焊点。球形焊点包括陶瓷球栅阵列 Ｃbga（Ceramic Ball Grid Array)、载带自动键合球栅阵列 Ｔbga（Tape Automatec Ball Grid Array)塑料球栅阵列Ｐbga（Plastic Ball Array)。 Ｃbga、Ｔbga和Ｐbga是按封装方式的不同而划分的。柱形焊点称为ＣＣＧＡ(Ceramic Column Grid Array)。
bga技术的出现是ＩＣ器件从四边引线封装到阵列焊点封装的一大进步，它实现了器件更小、引线更多，以及优良的电性能，另外还有一些超过常规组装技术的性能优势。这些性能优势包括高密度的I/O接口、良好的热耗散性能，以及能够使小型元器件具有较高的时钟频率。
由于bga器件相对而言其间距较大，它在再流焊接过程中具有自动排列定位的能力，所以它比相类似的其它元器件，例如ＱＦＰ，操作便捷，在组装时具有高可靠性。据国外一些印刷电路板制造技术资料反映， bga器件在使用常规的ＳＭＴ工艺规程和设备进行组装生产时，能够始终如一地实现缺陷率小于２０ＰＰＭ（Parts Per Million，百万分率缺陷数)，而与之相对应的器件，例如ＱＦＰ，在组装过程中所形成的产品缺陷率至少要超过其１０倍。
综上所述，bga器件的性能和组装优于常规的元器件，但是许多生产厂家仍然不愿意投资开发大批量生产bga器件的能力。究其原因主要是bga器件焊接点的测试相当困难，不容易保证其质量和可靠性。
二、bga器件焊接点检测中存在的问题
目前，对以中等规模到大规模采用bga器件进行电子组装的厂商，主要是采用电子测试的方式来筛选bga器件的焊接缺陷。在bga器件装配期间控制装配工艺过程质量和鉴别缺陷的其它办法，包括在焊剂漏印（paste Screening)上取样测试和使用Ｘ射线进行装配后的最终检验，以及对电子测试的结果进行分析。
满足对bga器件电子测试的评定要求是一项极具挑战性的技术，因为在bga器件下面选定测试点是困难的。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。
据一家国际一流的计算机制造商反映，从印刷电路板装配线上剔除的所有bga器件中的５０％以上，采用电子测试方式对其进行测试是失败的，它们实际上并不存在缺陷，因而也就不应该被剔除掉。电子测试不能够确定是否是bga器件引起了测试的失效，但是它们却因此而被剔除掉。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的测试电路。
在检测bga器件缺陷过程中，电子测试仅能确认在bga连接时，判断导电电流是通还是断﹖如果辅助于非物理焊接点测试，将有助于组装工艺过程的改善和ＳＰＣ（Statistical Process Control统计工艺控制 。
bga器件的组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种工艺过程的质量，要求了解和测试影响其长期工作可靠性的物理因素，例如：焊料量、导线与焊盘的定位情况，以及润湿性，不能单单基于电子测试所产生的结果就进行修改。
三、bga检测方法的探讨
目前市场上出现的bga封装类型主要有：Ｐbga（塑料bga)、Ｃbga（陶瓷bga)及Ｔbga（载带bga)。封装工艺中所要求的主要性能有：封装组件的可靠性；与ＰＣＢ的热匹配性能；焊球的共面性；对热、湿气的敏感性；是否能通过封装体边缘对准，以及加工的经济性能。需指出的是，bga基板上的焊球不论是通过高温焊球（９０Ｐｂ／１０Ｓｎ)转换，还是采用球射工艺形成，焊球都有可能掉下丢失，或者成型过大、过小，或者发生焊球连、缺损等情况。因此，需要对bga焊接后质量情况的一些指标进行检测控制。
目前已有两种检测焊接质量的自动测试系统上市：传输Ｘ射线测试系统与断面Ｘ射线自动测试系统。传输Ｘ射线测试系统源于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型引线与微间距ＱＦＰ，传输Ｘ射线系统是测定焊接质量最好的办法，但它却不能区分垂直重叠的特征。因此，在传输Ｘ射线透视图中，bga元件的焊缝被其引线的焊球遮蔽。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射线自动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，并通过上下平面散焦的方法，将ＰＣ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装配工艺的信息。
四、bga的返修
由于bga封装形式与传统的表面元件不同，其引脚分布在元件体底部，所以bga的维修方式也不同于传统的表面元件。
bga返修工艺主要包括以下几步：
电路板，芯片预热
拆除芯片
清洁焊盘
涂焊锡膏，助焊剂
贴片
热风回流焊
１.电路板，芯片预热的主要目的是将潮气去除，如果电路板和芯片的潮气很小（如芯片刚拆封，这一步可以免除)。
２.拆除的芯片如果不打算重新使用，而且电路板可承受高温，拆除芯片可采用较高的温度（较短的加热周期)。
３.清洁焊盘主要是将拆除芯片后留在PCB表面的助焊剂，焊锡膏清理掉，必须使用符合要求的清洁剂。为了保证bga的焊接可靠性，一般不能使用焊盘上旧的残留焊锡膏，必须将旧的焊锡膏清除掉，除非芯片上重新形成bga焊锡球。由于bga芯片体积小，特别是ＣＳＰ芯片体积更小，清洁焊盘比较困难，所以在返修CSP芯片时，如果CSP的周围空间很小，就需使用非清洗焊剂。
４.在ＰＣＢ上涂焊锡膏对于bga的返修结果有重要影响。为了准确均匀方便地涂焊锡膏，美国ＯＫ集团提供ＭＳ－１微型焊锡膏印板系统。通过选用与芯片相符的模板，可以很方便地将焊锡膏涂在电路板上。选择模板时，应注意bga芯片会比Ｃbga芯片的模板厚度薄，因为它们所需要的焊锡膏量不同。
５.贴片的主要目的是使bga芯片上的每一个焊锡球与PCB上每一个对应的焊点对正。由于bga芯片的焊点位于肉眼不能观测到的部位，所以必须使用专门的设备来对中。
６.热风回流焊是整个返修工艺的关键。
ADVANCED INTERCONNETTIONS公司的BGA测试插座能很好的满足。各类型测试需要，可以进行非焊接式测试IC芯片，从而很好的保护了IC芯片的完整。
随着科学技术的不断发展，现代社会与电子技术息息相关，超小型移动电话、超小型步话机、便携式计算机、存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器、高清晰度电视机等都对产品的小型化、轻型化提出了苛刻的要求。要达到达一目标，就必须在生产工艺、元器件方面着手进行深入研究。ＳＭＴ（Surface Mount Technology)表面安装 技术顺应了这一潮流，为实现电子产品的轻、薄、短、小打下了基础。
ＳＭＴ技术进入９０年代以来，走向了成熟的阶段，但随着电子产品向便携式／小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展，对电子组装技术提出了更高的要求，新的高密度组装技术不断涌现，其中bga（Ball Grid Array球栅阵列封装)就是一项已经进入实用化阶段的高密度组装技术。本文将就bga器件的组装特点以及焊点的质量控制作一介绍。
一、bga 技术简介
bga技术的研究始于60年代，最早被美国ＩＢＭ公司采用，但一直到90年代初，bga 才真正进入实用化的阶段。
在80年代，人们对电子电路小型化和I/O引线数提出了更高的要求。为了适应这一要求，ＱＦＰ的引脚间距目前已从1.27mm发展到了0.3mm。由于引脚间距不断缩小，I/O数不断增加，封装体积也不断加大，给电路组装生产带来了许多困难，导致成品率下降和组装成本的提高。另方面由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制，０．３ｍｍ已是ＱＦＰ引脚间距的极限，这都限制了组装密度的提高。于是一种先进的芯片封装bga（Ball Grid Array)应运而生，bga是球栅阵列的英文缩写，它的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，引线间距大，引线长度短，这样bga消除了精细间距器件中由于引线而引起的共面度和翘曲的问题。bga技术的优点是可增加I/O数和间距，消除ＱＦＰ技术的高I/O数带来的生产成本和可靠性问题。
bga器件的结构可按焊点形状分为两类：球形焊点和柱状焊点。球形焊点包括陶瓷球栅阵列 Ｃbga（Ceramic Ball Grid Array)、载带自动键合球栅阵列 Ｔbga（Tape Automatec Ball Grid Array)塑料球栅阵列Ｐbga（Plastic Ball Array)。 Ｃbga、Ｔbga和Ｐbga是按封装方式的不同而划分的。柱形焊点称为ＣＣＧＡ(Ceramic Column Grid Array)。
bga技术的出现是ＩＣ器件从四边引线封装到阵列焊点封装的一大进步，它实现了器件更小、引线更多，以及优良的电性能，另外还有一些超过常规组装技术的性能优势。这些性能优势包括高密度的I/O接口、良好的热耗散性能，以及能够使小型元器件具有较高的时钟频率。
由于bga器件相对而言其间距较大，它在再流焊接过程中具有自动排列定位的能力，所以它比相类似的其它元器件，例如ＱＦＰ，操作便捷，在组装时具有高可靠性。据国外一些印刷电路板制造技术资料反映， bga器件在使用常规的ＳＭＴ工艺规程和设备进行组装生产时，能够始终如一地实现缺陷率小于２０ＰＰＭ（Parts Per Million，百万分率缺陷数)，而与之相对应的器件，例如ＱＦＰ，在组装过程中所形成的产品缺陷率至少要超过其１０倍。
综上所述，bga器件的性能和组装优于常规的元器件，但是许多生产厂家仍然不愿意投资开发大批量生产bga器件的能力。究其原因主要是bga器件焊接点的测试相当困难，不容易保证其质量和可靠性。
二、bga器件焊接点检测中存在的问题
目前，对以中等规模到大规模采用bga器件进行电子组装的厂商，主要是采用电子测试的方式来筛选bga器件的焊接缺陷。在bga器件装配期间控制装配工艺过程质量和鉴别缺陷的其它办法，包括在焊剂漏印（paste Screening)上取样测试和使用Ｘ射线进行装配后的最终检验，以及对电子测试的结果进行分析。
满足对bga器件电子测试的评定要求是一项极具挑战性的技术，因为在bga器件下面选定测试点是困难的。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。
据一家国际一流的计算机制造商反映，从印刷电路板装配线上剔除的所有bga器件中的５０％以上，采用电子测试方式对其进行测试是失败的，它们实际上并不存在缺陷，因而也就不应该被剔除掉。电子测试不能够确定是否是bga器件引起了测试的失效，但是它们却因此而被剔除掉。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的测试电路。
在检测bga器件缺陷过程中，电子测试仅能确认在bga连接时，判断导电电流是通还是断﹖如果辅助于非物理焊接点测试，将有助于组装工艺过程的改善和ＳＰＣ（Statistical Process Control统计工艺控制 。
bga器件的组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种工艺过程的质量，要求了解和测试影响其长期工作可靠性的物理因素，例如：焊料量、导线与焊盘的定位情况，以及润湿性，不能单单基于电子测试所产生的结果就进行修改。
三、bga检测方法的探讨
目前市场上出现的bga封装类型主要有：Ｐbga（塑料bga)、Ｃbga（陶瓷bga)及Ｔbga（载带bga)。封装工艺中所要求的主要性能有：封装组件的可靠性；与ＰＣＢ的热匹配性能；焊球的共面性；对热、湿气的敏感性；是否能通过封装体边缘对准，以及加工的经济性能。需指出的是，bga基板上的焊球不论是通过高温焊球（９０Ｐｂ／１０Ｓｎ)转换，还是采用球射工艺形成，焊球都有可能掉下丢失，或者成型过大、过小，或者发生焊球连、缺损等情况。因此，需要对bga焊接后质量情况的一些指标进行检测控制。
目前已有两种检测焊接质量的自动测试系统上市：传输Ｘ射线测试系统与断面Ｘ射线自动测试系统。传输Ｘ射线测试系统源于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型引线与微间距ＱＦＰ，传输Ｘ射线系统是测定焊接质量最好的办法，但它却不能区分垂直重叠的特征。因此，在传输Ｘ射线透视图中，bga元件的焊缝被其引线的焊球遮蔽。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射线自动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，并通过上下平面散焦的方法，将ＰＣ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装配工艺的信息。
四、bga的返修
由于bga封装形式与传统的表面元件不同，其引脚分布在元件体底部，所以bga的维修方式也不同于传统的表面元件。
bga返修工艺主要包括以下几步：
电路板，芯片预热
拆除芯片
清洁焊盘
涂焊锡膏，助焊剂
贴片
热风回流焊
１.电路板，芯片预热的主要目的是将潮气去除，如果电路板和芯片的潮气很小（如芯片刚拆封，这一步可以免除)。
２.拆除的芯片如果不打算重新使用，而且电路板可承受高温，拆除芯片可采用较高的温度（较短的加热周期)。
３.清洁焊盘主要是将拆除芯片后留在PCB表面的助焊剂，焊锡膏清理掉，必须使用符合要求的清洁剂。为了保证bga的焊接可靠性，一般不能使用焊盘上旧的残留焊锡膏，必须将旧的焊锡膏清除掉，除非芯片上重新形成bga焊锡球。由于bga芯片体积小，特别是ＣＳＰ芯片体积更小，清洁焊盘比较困难，所以在返修CSP芯片时，如果CSP的周围空间很小，就需使用非清洗焊剂。
４.在ＰＣＢ上涂焊锡膏对于bga的返修结果有重要影响。为了准确均匀方便地涂焊锡膏，美国ＯＫ集团提供ＭＳ－１微型焊锡膏印板系统。通过选用与芯片相符的模板，可以很方便地将焊锡膏涂在电路板上。选择模板时，应注意bga芯片会比Ｃbga芯片的模板厚度薄，因为它们所需要的焊锡膏量不同。
５.贴片的主要目的是使bga芯片上的每一个焊锡球与PCB上每一个对应的焊点对正。由于bga芯片的焊点位于肉眼不能观测到的部位，所以必须使用专门的设备来对中。
６.热风回流焊是整个返修工艺的关键。
ADVANCED INTERCONNETTIONS公司的BGA测试插座能很好的满足。各类型测试需要，可以进行非焊接式测试IC芯片，从而很好的保护了IC芯片的完整。