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建立BGA的接收標準
　　本文介紹，來自X光檢查的資訊可以爲回流焊接的BGA/PCB焊點的可接受條件建立一個工業工業標準。
　　在現代PCB設計中，球柵陣列(BGA)和其他面積排列元件(area array device)的使用很快變成爲標準。許多電子裝配製造商面對一個檢查的難題：保證正確的裝配和達到過程合格率，而傳統的確認方法已經不再足夠。今天，越來越多的製造商選擇X射線來滿足檢查要求。通過使用X射線檢查，BGA、微型BGA和倒裝晶片元件的隱藏焊點的特性可以用可靠的和非破壞性的的方式在生産運行的早期檢查出來。還有，大多數人員可以作出通過/失效的決定。
　　在BGA使用到産品設計中之前，多數PCB製造商不在其檢查工藝中使用X光系統。傳統的方法，如自動光學檢查(AOI, automated optical inspection)、人工視覺檢查、包括製造缺陷分析(MDA, manufacturing defect analysis)的電氣測試、和在線與功能測試，用來測試PCB元件。可是，這些方法不提供隱藏焊接問題(如空洞、冷焊和焊粘接差)的準確檢查。X射線檢查可有效地發現這類問題，監測質量保證和提供程式控制的即時反饋。
BGA接收標準
　　對安裝在印刷電路裝配(PCA)上的BGA元件的接收標準問題是最重要的。今天，沒有完好的工業標準用於決定回流焊接的BGA/PCB焊點的可接受條件。有人提出過幾個方法作爲測量技術，用來決定這些焊點的品質。諸如顯微評估、X射線分層法、電氣測試和標準透射X光等技術被建議或者在使用中。
　　到今天唯一定義用來在生産環境中評估回流焊接的BGA連接的實際方法是透射X射線。視覺評估只評估周圍排列的BGA焊點。在BGA包裝底部的焊接點不能視覺評估。超聲波技術要求深入的資料整理分析，X射線分層法對許多應用是令人望而卻步的昂貴；電氣測試傾向於提供可能與焊錫連接質量無關的資料。
　　許多測量技術提供焊接點質量的指示，但不提供足夠的資訊來確認BGA/PCA焊點的焊接條件。作爲一個例子，周圍視覺檢查只給出BGA週邊排列的焊點情況的一般瞭解。不能有效確認焊點內排回流焊接有多好和是否內排實際上適當地焊接在電路焊盤上。
　　透射X光，可評估內排的焊點，決定於X光系統解析資料的能力。例如，考慮一下0.050"直徑的球坐落在0.050"的電路焊盤上。如果接受標準是焊接點內部空洞不可超過球直徑的20%，那麽使用的X光系統必須至少解析0.005"直徑的空洞。
　　假設正確的PCB佈局和具有高熱容量的強制對流的回流焊接爐，錫膏應該適當地回流形成一個包錫球的彎液面(圖一)。在這個情況中，裝配的X光圖像將顯示均勻的焊錫球，沒有任何橋接或其他缺陷。
　　在某些情況中，焊錫回流設定或條件不十分正確，錫膏中的助焊劑將不會適當排氣。其結果是在焊錫連接中的空洞或焊錫的不充分回流，引起焊點差或冷焊。當這些缺陷在X光圖像中出現時，工藝過程需要調整。
X射線評估

　　在第一個貼裝元件的PCA上，通過焊盤邊緣、開路、短路、橋接和空洞附近的粗糙的未焊接區域的示範，來評估缺乏回流的X射線。這些情況表示不能讓錫膏充分回流的低溫範圍。短路/錫橋可能表示太高的溫度經歷，允許焊錫液化太長時間，並使它流出焊盤和在相鄰焊盤之間短路。
　　空洞要求主觀的評估。甚至當發現空洞時，焊點還可能足夠地焊接在焊盤上。理想的條件是焊點內無空洞(void)。可是，空洞可能作爲夾住的助焊劑穴、污染和錫/鉛或助焊劑在錫膏內不均勻分佈出現。還有，彎曲的PCB可能造成不充分焊接的連接。開路的焊接點也可能存在。在許多情況中，只有PCA的斜視圖才顯示這些情況。一個俯視圖，由於焊接密度，可能不反映出開路的焊盤/球連接點(圖二)。
　　可以容忍的和允許PCA正常功能的空洞數量與尺寸是關鍵問題。通常，允許單個空洞的大小達到錫球直徑的50%，如果球是由回流的焊錫包住(圖三)。電氣接觸是通過焊錫，如果球附著在焊盤，50%的空洞還可允許BGA工作，雖然是一個非常邊緣的標準。雖然電氣性能可能不會削落，但溫度和機械應力問題還應該考慮。

　　由於來自正常環境使用的應力所造成的PCA的撓曲可造成一個有空洞朝焊盤/錫球連接外邊或大空洞的焊錫點裂開。X射線檢查發現的大於BGA直徑35%的或在焊點外的空洞應該看作不可接受。
　　如果空洞完全被包住，錫點裂開是不可能的，因爲應力一般會均勻地作用於焊盤/錫球焊點。不管怎麽樣，大於35%的錫球直徑的空洞表示一個工藝過程有關的問題，不應該接受。
PCB佈局
　　因爲BGA的焊點的成功是與PCA有很大關係，所以在PCB佈局方面必須考慮三個特別關鍵的地方。
熱管理
　　PCA的佈局必須考慮PCA的熱質量。例如，在板的一個區域，BGA集中在一起可引起在回流爐中PCB反應的熱不平衡。在回流期間，將整個板均勻地帶到焊錫液相是重要的。在板的某個區域集中許多大的BGA，可能要求太多的加熱，會造成PCA的較少元件的區域燒壞元件。相反，如果PCA的較少元件區域達到更快的焊錫液相，助焊劑可能沒有從BGA焊點中排出，引起空洞或者缺乏球到焊盤的熔化。

旁通孔(via)
　　旁通孔經常設計到PCA中。任何與BGA焊盤相鄰的旁路孔必須很好地覆蓋阻焊層。不覆蓋阻焊層經常會引起溫度穩定，會有過多的焊錫從焊盤流到旁路孔，引起焊盤與相鄰旁通孔的短路(圖四)。
焊盤幾何形狀、直徑
　　小型化和更高的與晶片規模包裝有關的排列密度對焊盤幾何形狀和直徑有直接的影響。同樣，BGA也出現不同的尺寸、形狀和複雜性。包裝尺寸的不斷減少、焊盤的幾何形狀和直徑將導致檢查技術更高的清晰度。這也將不斷形成與BGA/PCB焊點附著有關的問題。
建議的接收標準
　　一個接收標準將幫助X射線檢查系統確認許多典型的焊接問題，這些問題可能與BGA元件的使用有關。包括：
空洞
　　焊接空洞是由加熱期間焊錫中夾住的化合物的膨脹所引起的。雖然有空洞的BGA焊接點可能表示會引起將來失效的工藝問題。焊接點中可接受的標準不應該超過錫球直徑的20%，並且沒有單個空洞出現在焊接點外表。多個空洞可能出現在焊點中，假設空洞的總和不超過錫球直徑的20%。
脫焊焊點
　　不允許脫焊焊點。
錫橋和短路
　　當過多焊錫在接觸點或者當焊錫放置不當時，經常發生橋接和短路。在接收標準中，不能存在短路或橋接的焊點，除非它們專門設計成底層電路或BGA。
不對準
　　X光圖像將清楚地顯示是否BGA球沒有適當地對準PCB上的焊盤。不對準是不允許的。
開路和冷焊點
　　當焊錫和相應的焊盤不接觸或者焊錫不正確流動時，發生開路和冷焊點。這種情況不允許。
不接觸
　　一旦元件已經貼裝在PCB上，丟失或誤放的焊錫和錫球是不允許的。
X光評估
　　含有BGA的PCA必須使用能夠分辨至少小於100微米直徑孔的X光系統來評估。X光系統必須能夠允許在測單元(UUT, unit under test)從上往下和傾斜兩個方向觀察。
　　使用即時X光檢查來評估焊接點和保證一個高的過程合格率已經成爲成功的BGA裝配的一個必要元素。對於這些無引腳裝配，X光爲成功的焊接運行和可靠的焊點取得實際的認可。
　　如果生産運行協調良好，使用現代回流爐，BGA的自我對中特性使得X光檢查也將找不出太多的缺陷。如果是這樣，應該馬上檢查工藝過程，以決定是否和在哪里已經超過參數極限。
結論
　　X光檢查系統是一個被證實的檢查隱藏焊接點的工具，幫助建立和控制製造過程，分析産品原型和確認工藝錯誤。它們是有效的，可以快速確認面積排列包裝的短路、開路、空洞和錫球在板上的不對準。
　　那些有或將要在其生産過程中使用BGA包裝的製造商，必須依靠即時X光評估作爲建立和維持其高效、高品質水平的生産輸出。隨著更新的BGA形式與類似的元件進入裝配工藝，爲回流焊接的BGA焊接點的接收或拒絕建立合理的標準是重要的。

不错，支持。谢谢了LZ。