基于X射线成像技术的BGA焊接质量检测应用研究

基于X射线成像技术的BGA焊接质量检测应用研究

孟龙 姚阿婷 姚俊

中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 陕西西安 710068

摘要：在BGA焊接中因检测焊接质量的难度较大，缺乏一定的检测标准，导致BGA焊接中常常出现缺陷，因此在此背景下，提出了X射线成像技术，以此来检测BGA焊接质量，设计出了X射线成像技术检测BGA焊接质量的具体工艺，分析了X射线成像技术中对于每项焊接问题的具体情况，并通过相关实验给出了具体建议。

关键词：X射线成像技术；BGA；焊接质量；检测

BGA是广泛应用于各个工业行业中的高密度封装技术，该技术的特点是在封装下面分布球形焊点，这样能使得电性能更佳、引脚间距更大、成品组间率更高、器件更小。因此这种封装类的器件应用更为广泛，但由于BGA焊点隐藏在芯片的底部，导致焊接装配后更不利于工作人员检测。再加上我国现如今还仍然未制定BGA焊接质量的检测标准，因此导致BGA焊接检测技术的应用效果仍然不够确定。

目前BGA焊接检测技术在应用过程中较为局限，以往常用的检测技术包括目光检测，但此种方法的检测误差较大，后来随着检测技术的不断发展，衍生出了切片检测技术、染色检测技术，但该种方法为破坏性的检测技术，一旦用于焊接工作中检测，那么就破坏焊接，从而不适用于质量检测方面。而现如今发展而来的X射线成像技术，能够有效检测隐藏在各个器件下的焊接质量情况，是如今工业中应用最为广泛的BGA焊接质量检测技术。虽然该方法应用较为广泛，但仅仅只能用于空洞、连焊等缺陷的检测中，存在一定的应用局限性，导致无法覆盖全部的焊接缺陷。本文主要阐述了BGA的焊接缺陷，并分析了在BGA焊接质量检测中X射线成像技术的应用。

1 BGA焊接的验收标准

如今我国尚未制定关于BGA焊接质量验收方面的相关标准，也没有制定行业标准，但是在国际范围中，有工业连接协会就制定了相关标准，比如《设计及组间工艺实施》、《焊接电气、电子组件要求》、《电子组件的可接受性》。总结上述相关标准，总结了BGA焊接质量检测的规定，比如BGA焊接的点需要保持边界清晰、焊接点光滑、无空洞，焊接点的体积、直径、对比度等都需要保持一致，且位置要求对齐。在上述标准上没需要接受相关的定性和标准，才能满足检测的需求，否则则无法满足。

2 BGA焊接的主要缺陷

2.1焊球丢失

BGA焊球丢失是指在进行焊接之后，发生了焊球丢失的缺陷，这种缺陷较为常见，多是因为在焊接植球过程中发生遗漏的情况，也有可能是因在焊接过程中，在PCB通孔道中发生焊球流入的情况，一旦出现这种缺陷，会导致无电气发生连接，会有引发严重缺陷的问题。

2.2焊球桥连

BGA焊球桥连，是指两个或多个BGA焊球粘连在一起的情况，会导致形成短路，这种情况是因多个焊球融化之后流动在一起，而形成的粘连情况。这种缺陷也是有可能会造成短路。

2.3焊球空洞

BGA焊球中出现气泡后就会出现焊球空洞的情况，这是一种常见的缺陷，出现这种缺陷的原因，是因焊膏中有机成分未能及时排除而导致的，也有可能是因为焊接盘中清洗不干净的情况。焊接球一旦存在气泡，会影响到器件的机械性性能。实际工作中在多个工业企业，会要求焊接产品中不存在焊接空洞，这才是保证焊接质量的关键。更在实际工作中，会要求焊接空洞的面积需要少于25%，则判定为合格。

2.4焊球移位

BGA焊球在发生移位后，会导致其与焊盘之间无法完全对准，因此出现的一种相对位移的情况，出现这种缺陷后会影响到电气连接，也会影响到焊接器件的机械性能。在实际工作中，对焊球移位也有一定的要求，要求在相邻焊接球之间的间隙不得超过25%，这样才能保证焊接质量。

2.5虚焊

虚焊的情况是指当BGA焊球未与焊接盘之间发生电气连接的一种缺陷。这种缺陷往往与金属化合物的形成有关，表现形式为电气连接不通、电气连接不良，当其在施加外力作用后，电气连接情况良好。除了上述表现形式外，一旦出现虚焊的情况，则很难直接被检测出来。

3 X射线检测BGA焊接质量的应用

3.1X射线成像技术检测设备

    X射线成像技术检测中常用的设备是X射线成像系统，该设备分为2D、3D扫描两个方面，其原理都是利用X射线实现穿透作用后，在接收图像后会将图像转为信号，且呈现出灰度。图像中灰度较大的区域，则表明X射线的能量较为衰退，说明该区域材料较厚。而在2D成像技术中，会出现器件的俯视图，具有成像快的优势。当焊接球的成分为锡合金时，会导致吸收的X光线较多，相比于周边的材料，其灰度更大。而在3D成像技术中，会利用设备中机械装置的优势，实现全方位的扫描，从而分析并处理软件，这种测试方式能够更清楚的反应出焊接样品的真实情况，这种扫描的时间会比较常，而且检测的成本更加高。

3.2X射线成像技术检测流程

BGA器见常常会存在多个焊球，并且可能存在多种焊接的缺陷，在实际检测过程中既不能发生缺陷，也需要保障检测效率，因此检测的流程会更加重要。在X射线成像技术检测的过程中，会通过2D射线检测技术来检测BGA的焊接情况，再根据检测结果的需求与否，进行进一步的3D断层扫描。若是BGA焊球的大小、形状、灰度都无异常的情况下，则需要对各个焊球进行3D扫描。

4 实验验证

    以焊球丢失、焊球桥连为例，应用X射线成像技术很容易检测出这两种缺陷，首先用X射线成像技术来检测器件全部情况，需要一一排除焊球丢失、焊球桥连、焊球移位的情况，在进一步排除上述质量问题后，需要进一步检测器件的局部，对焊球空洞、焊球移位、焊球异常的情况，采取四周检测、中心检测的情况，可以发现焊球是否存在异常，若是焊球出现异常，则需要采取3D断层扫描进行进一步检测，检测枕头部位和虚焊情况，以进一步排除质量问题；若是未检测出质量问题，则可基本确定焊接器件不存在相应的质量问题。

结束语

总的来说，BGA焊接中存在较多的质量问题，需要一一予以检测排除，一旦出现缺陷后会影响到电路的稳定性、可靠性，会导致焊球出现异常发生短路，有些甚至会在作业中体现出来，因此需要合理应用X射线成像技术来进行检测，则应当更进一步加强检测予以排除，合理应用该技术，从初步判断焊球丢失、桥连、移位等情况，再进一步判断焊球异常、空洞、移位的情况，能够完成对焊接器件的检测，以此才能更好的保障BGA器件的质量。

参考文献：

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