BGA芯片级封装焊点完整性的内窥检查.doc

BGA芯片级封装焊点完整性的内窥检查.doc芯片级封装焊点完整性的内窥检查
激光探测器
摘要
本论文第一次报告内窥镜检查法应用 于芯片级封装（CSP，如上的倒台装焊晶片 FCF）焊点完整性的非破坏性检查。借用医 疗仪器技术，内窥镜被用于可视化地检查一 个器官的内部。现在 ERSA和KURTZ已经 发展和完善了这个概念，开发出 ERSASCOPE检查系统并与成熟而友好的 软件相结合，以便进行数据和图象分析。我 们已经成功地应用这种内窥镜检查方法评 估了 CSP中焊点的完整性，例如冷焊点、 离开高度测量、探查球焊点的内部排列。
由于这种新仪器最近才被采用，我们还 将与ERSA和KURTZ# 一起报告获得可达到 的焊点完整性最佳检查的最新结果。 通过分
析我们EPA中心客户的各种 CSP样品，我 们已经见证了内窥镜检查法应用于 CSP焊
点的非破坏性检查时的巨大威力， 发现这种
方法在微型电子封装质量评价方面具有广 泛的用途。我们也将就本检查方法应用于 CSP给出一个中肯的评论。
经由计算机
显示
检查系统
元件内部焊点
的实时图象
导言
便携式电子工业的趋势是尽可能地薄、 小、轻［1］。倒装焊晶片和 卩BGA这样的芯 片级封装（CSP）是最先进的技术，已经在 大量各种便携式电器上获得了普及。 由于在
这些高级的封装中，焊球的尺寸和间距非常 小，任何组装缺陷（例如质量差的焊点）都 将导致相当大的可靠性问题， 一个焊点的故
障就可能毁掉整个产品。
现今，为了确定焊点的完整性， X射线
分层摄影法是普遍使用的检查方法之一。 X
光检查已经发展为在线和离线非破坏性隐 蔽焊点（尤其是 BGA、CSP以及倒装焊晶 片元件［2-3］中的焊点）检查的最新水平。
曲线编号
峰值温度
（C）
液相线上时间
（秒）
加热因子
Qn （C）
振动寿命
N50% （小时）
焊高 （毫米）
Tupl-1
186
17
33


Tupl-2
191
36
205


Tupl-3
197
31
307


Tupl-4
203
49
682


Tupl-5
207
51
864


Tupl-6
212
100
2004


表1回流焊曲线参数
在发现许多可能的缺陷（例如桥接、未 对齐、孔穴）的同时，其他一些关键的缺陷 更难探测到，例如过剩的助焊剂残渣、表面 结构以及微小的裂缝。高质量的X光设备的 巨大投资常常是许多小公司延期将这个有 效的检查方法整合到其质量控制过程中的 因素。
焊点的可视化检查是评估过程控制中 的一个关键而必要的步骤。借用医疗仪器的 技术，内窥镜被用于可视化地检查一个器官 的内部。内窥镜检查法已经发展成为在难于 进入的环境中进行可视化检查的一种技术 ［4-6］。ERSA和KURTZ已经发展并完善了 这个概念，并开发出了 ERSASCOPE检查系 统，结合成熟而友好的软件， 可进行数据和 图象的分析。这种检查系统的成本只是一个 X光系统成本的一小部分，但是通过观看 BGA、FC和CSP,它却能提供隐蔽焊点隐 蔽图象的横截面非破坏可视图象。
在本论文中，我们已经成功地使用这种 内窥镜检查方法评估了 CSP中的焊点的完
整性，例如冷焊、离开高度测量以及探查球 焊点内部排列。而且，我们讨论了在 CSP
和BGA元件下隐蔽焊点非破坏检查中内窥 镜检查法的应用。
实验和结果
A样品准备
使用 CASIO YCM-5500V 贴片机和 BTU VIP-70N 炉在氮气中，将 卩BGA （ Sn/Pb 共晶焊球,直径 ,） 放置并焊接到FR-4印刷电路板（PCB）上。 使用6个温度曲线回流该组件。 元件和PCB 之间的时间分辨温度使用温度采集仪形机
（Super E31-900-45/10 ）测量。在 液线温度
测得的温度T （t） C的积分用于逼近术语 t X △ T。这个积分取名叫“加热因子“ Qn,它 被看作是回流曲线的特征 ［7］。与回流曲线对 应的加热因子、峰值温度、液相线上时间总 结在表1中。该样品服从振动疲劳试验。一 个56g重的钢质螺柱被粘结在每个 卩BGA
封装的上面。用加速度为 RMS （均方根）
、频率为30Hz的正弦激励摇动器。振 动循环一致持续到失效发生为止。 振动寿命
（N50%）与Qn的对应关系列于表1中。
B离开咼度测量
焊点疲劳寿命随着加热因子 Qn的不同
而不同。疲劳寿命的变化可归因于焊点中颗 粒变粗以及