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寻找BGA组装问题的根源
  2020-12-01      109

作者:Bob Wettermann, BEST公司

当电子组件中的BGA下面潜在的工艺缺陷开始显现时,可以用来排除工艺问题的故障分析测试有很多。这些调查故障原因的方法从非破坏性测试方法开始,随着一些可能的原因被排除,故障调查就逐步上升到破坏性方法。

按照IPC-A-610,完成电气测试后[1]的检查方法有很多,可以用来确定BGA各个位置潜在的组装缺陷。这些检查方法包括通过显微镜和内窥镜的目视检查和X光分析。BGA故障分析的第一步是使用显微镜或内窥镜进行目视检查。IPC A-610规定的目视检查标准可以在IPC-A-610的SMT部分中找到。

在大多数情况中,要检查BGA,首先是查看沿封装最外一行焊锡球的坍塌是否均匀,并且要特别注意角落位置焊锡球的坍塌。这可以通过显微镜进行非破坏性检查时观察到。要看清BGA最外一行焊锡球的坍塌状况,放大倍数和照明至关重要。只要把助焊剂残渣清洗掉,并且三防漆不妨碍观察区域,就可以通过视觉观察来判断是否符合标准,例如焊锡球坍塌是否均匀、球与球之间的距离,以及焊锡球与任何相邻的不接地表面之间的距离。

在一些情况下,下一级的目视检查也许可以通过内窥镜检查面积阵列器件中的第三行。医疗行业使用的内窥镜就可以捕捉到封装内的几行的图像。在相邻的元件离BGA的外沿只有几毫米时,这种视觉检查工具特别有用。直接和间接照明的方法都可以提供必要的照明来捕捉有价值的焊锡球图像。得到的图像质量取决于光线的质量、内窥镜前端使用的镜子、透镜,以及进入成像区域的光的质量。除了这些视觉技术之外,X光成像还有助于诊断和排除正在调查的工艺故障。

透射X光成像是一种广泛使用的非破坏性成像工具,可以看到BGA封装下面所有的焊锡和焊锡球的情况。使用X光检查可以发现许多异常情况和缺陷。使用宽视场X光检查整个器件通常是从BGA X光检查工艺开始。然后对“感兴趣的区域”进行更仔细、放大倍数更高的检查。

短路与违反最小电气间隙是常见的问题,可以使用X光检查来测量和发现这些问题。X光检查还会发现更细微的缺陷,例如没有完全润湿或润湿不充分的焊点或焊锡没有聚合、有枕头效应缺陷的焊点。此外,使用高端X光设备仔细检查,可以测量BGA焊锡球的直径和塌陷高度,确定焊点的球形度、空洞百分率和其他属性。破坏性检查可以扩大视觉方法与X光工艺这两种检查工艺对“未具体指出缺陷”情况的检查范围。

在BGA封装上测试焊点的完整性时,染色撬起测试[2]是一种相对简单但经济有效的破坏性检查方法。这种方法不需要任何高成本设备,只要常用的研究工具或生产工具,例如小型真空腔、烘烤炉、撬起工具和显微镜就可以完成。这种类型的测试可以外包给故障分析测试实验室,也可以由用户自行完成。

测试的第一步是确定测试位置。把染料渗透液喷在要检查的封装下面的位置。确保染料渗透液在可疑的器件下面流动。把封装放进真空腔中以确保渗透液流入焊点中的裂缝或焊盘中的裂缝。按照染料渗透液制造商的建议将喷了染色渗透液的器件放进烘烤炉固化染料,这样做可以避免由于染料弄脏可疑器件周围的封装造成假阳性读数。

一旦染色渗透液干燥并清洗后,把要检查的BGA从电路板上撬下来。检查焊锡球界面内部区域和环绕焊锡球界面的周围区域(图1),看看哪个位置上的染料可能说明是开路连接。留在焊锡界面后的染料意味有故障,例如焊盘凹坑和焊点由于加热、机械力或跌落冲击而断裂。如果从染色中没有看出故障,那么,下一步可能就是使用其他的测试方法,例如横截面分析、声学显微镜分析和能量弥散X光(EDX)或扫描电子显微镜(SEM)分析,通过BGA焊点故障分析找出故障根本原因。

image.png

1:在BGA封装角部中的染色渗透液说明封装的角部有开路。

参考文献

1. IPC-A-610 Acceptability of Electronic Assemblies, section 8.3.12.

2. IPC-TM-650 Method 2.4.53 Dye and Pull Test Method.

作者简介:Bob Wettermann是BEST公司的负责人,Best公司总部设在美国芝加哥,是一家合同返工与维修工厂。要得到更多信息,请发送电子邮件到info@solder.net。如要阅读以前期刊的内容或联系Wettermann,请点击这里。

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