| 引言
---对高端电子生产而言，BGA(球栅阵列)封装技术是高容积生产技术，可提供80～600个I/O。BGA封装不仅促进了电子装配技术的微型化，而且也估计到了半导体器件之间较短的连线，因此能够增进高I/O数封装和双面存储器板等应用的性能。BGA封装除了在性能、微型化和设计诸方面的优点之外，在生产效率方面可比细间距方形扁平封装(QFP)提高一个数量级。效率的提高是通过不断使用过程控制技术和与BGA封装相关的制造经验来改进装配工艺而得到的，电子装配厂商应该注重把过程控制技术应用于BGA封装工艺当中。 BGA封装面临的挑战
---虽然BGA封装技术已经获得广泛应用，并已成为许多产品的标准封装。然而，在大规模应用BGA封装技术之前，不得不克服如下几个方面的挑战。
● 检查技术
---由于BGA封装的焊点隐藏于元件下方，那么视觉检查是行不通的，自动化或手工X射线检查是最实际的替代方法。对于采用未经充分验证的X射线技术及在工程技术支持方面所需的巨额投资，制造厂商有些犹豫和畏缩不前。
● 修理技术
---自动化修理台对BGA封装而言是必需的，并且局部的、一致的回流焊，是目前所面临的难题。昂贵的设备、未充分验证的技术、大量的投资，这些问题对设备制造商而言都是必须克服的障碍。
● 过程控制技术
---装配者不得不把过程控制技术付诸实施，以便在BGA装配方面获得成功。这就要求使用自动化焊膏高度测量系统和X射线检查系统的监测技术，目的是控制焊点的完整性和可靠性。扫描声学显微镜(SAM)是检查剥离现象所必需的，用来控制不能凭视觉检查来控制的过程的纠正行为。
● 成本权衡
---由于以上原因，再加上较高的PCB和元件成本，BGA装配的启动成本高于QFP封装。虽然BGA封装比QFP封装能够获得更高的I/O密度，布线成本也较低，但是BGA封装会导致更多的PCB层。再者，有限的用户基础会使制造商在供货方面有所犹豫。 选择合适的BGA封装
---现在存在很多种类的商用BGA封装，选择合适的封装依赖于封装的性能、可靠性和成本等因素。PBGA(塑料BGA封装)是最便宜的封装，对低共熔(63Sn/37Pb或63Sn/37Pb/2Ag)焊球具有湿敏性特征，散热片粘附困难。虽然市场上已经出现了多于225个I/O数的封装，但是PBGA封装的I/O数在典型情况下小于225个，在不要求高性能和高散热的低I/O应用中被普通采用。
---TBGA(载带BGA)比PBGA昂贵，是具有高熔(90Sn/10Pb)焊球的高度湿敏性特征的封装。该封装具有嵌入式散热片，并且通常状况下拥有多达300个I/O。超级BGA封装是一种更节省成本的TBGA形式，也可把它看作PBGA和TBGA的混合形式。TBGA封装通常状况下应用于需要良好散热的高I/O数处理器。
---CBGA(陶瓷BGA)是最昂贵的BGA封装，易于粘附散热片，是一种具有高熔(90Sn/10Pb)焊球的气密性封装，适用于最多达625个I/O的高性能器件。焊料柱连接(SCC)封装非常像CBGA，并且可提供1000个I/O。CBGA封装通常用在需要高性能和高可靠性而不考虑成本因素的高端产品上。 生产技术问题
● 空洞
---虽然没有制定出BGA的焊点规范，但是焊点中过多的空洞是不需要的。使用自动化X射线检查设备来监测BGA焊点中发生空洞的程度，发现所选择的回流焊曲线图和发生空洞现象之间存在直接的相互关系。较低的倾斜和较高的峰值温度降低了发生空洞现象的百分比。过量的焊剂是直接增大空洞现象的又一因素，由于焊球空洞现象在连续的回流焊循环之后仍然存在，因此，各种元件的入厂检查对监测空洞现象是有必要的。
● 湿敏性
---各类BGA封装的湿敏性是另一个重要的制造技术问题，PBGA和TBGA封装需要适当的氮储藏和重新密封设备，而CBGA封装则不需要。对所有的BGA封装而言，湿敏性等级(3级)(168小时)是一个理想的水平。PBGA和TBGA封装的湿敏性特征难以确定，因此应使用SAM监测所有封装的剥离现象和爆米花现象。
● 双面装配与维修
---在双面BGA封装装配的倾斜上升阶段完全使用X射线自动检测技术。在双面装配中，焊点检查和缺陷分离无法用透射X射线系统来完成。目前，研究正集中于双面BGA装配的重量限制方面，发现在顶部焊点和底部焊点之间无明显差异。
---对于测试PWB安装件，X射线自动检测技术比普通的检测方法具有明显的优点，即能透过元件的封装材料，这样就可提供BGA下焊点的直接扫描图形。此方法使供应商能检测缺陷，如焊点之间的桥接和对准失误等。另外，X射线图像方法可检测焊接过程中的工艺变化。虽然X射线透射检测法可检查出与BGA有关的严重缺陷，但是该方法不能将焊区上的焊料与其上面的焊球区分开。如在CBGA焊点中，由于X射线在垂直路线中投射所有材料，所以焊球将妨碍焊区上共晶合金焊料图像的形成。在PBGA的情况下，焊区的焊料图像也被焊球所妨碍。由于这一影响，此检测技术在检测边界焊点尺寸和探测焊料不足等临界工艺过程缺陷的能力上受到了限制。
过程控制技术
---过程控制技术是BGA装配的关键技术，用于自动化焊膏高度测量系统、自动化X射线层析照相术及SAM等设备，或依据寿命循环、产品周期和容积构形方面的审核等。
---X射线层析照相术不仅能探测严重的焊点连接缺陷，而且能精确地检测BGA焊点的形状和关键尺寸。如焊料厚度、半径、圆度(焊点圆和完整圆的比率)等。X射线层析照相术能用X射线断层技术分清BGA焊点的一个个边界，因而可以对每一个焊接区域进行准确的检测，并能够将BGA焊点的每一个边界区域分别照相，对每一个图像采取特征值算法规则，算出X射线图像关键点的灰度级，再将灰度级读数转换成与安装设备相关的物理尺寸。尺寸数据被自动送入可自动生成过程控制图的SPC装置，把历史资料储存起来以便做SPC分析。
---在用X射线自动检测技术检测电路板时，先编辑程序，如确定板子的尺寸、元件的位置、封装形式、焊盘位置大小及照相机参数设置等。得到一系列图像后，再调整参数。所有引脚都需设定其焊盘位置，并使用自动化过程控制进行定位。通过过程控制设置进行判断并得到描述曲线，最后得出结论。主要检测BGA封装中的锡过量、锡不足、对位不良、开焊、桥接、焊锡珠、空洞、元件或引脚丢失等缺陷。
---自动化过程控制是运用数理统计方法对产品进行抽查。通过对抽查结果的分析，了解产品质量的波动状况，从而发现生产过程中出现的不正常预兆，并找出异常的原因，及时采取措施，设法消除隐患，使生产过程重新恢复正常，以预防废品的产生，是一种科学的质量控制方法。自动化过程控制按其工作程序可分为三个基本步骤，即统计调查和整理、统计分析和统计判断。统计调查和整理就是根据解决某方面质量问题的需要到现场收集数据，将收集到的数据加以整理和归纳，用统计表和统计图的方法，并借助一些统计特征数据来表述这批数据代表的客观对象的统计性质。统计分析就是对经过整理归纳的数据进行统计分析，研究它的统计规律。统计判断就是根据统计分析的结果对总体现状或发展趋势做出有科学根据的统计判断。
---总之，自动化过程控制是利用一套数据库工具来最优化和维持制造过程质量的方法。将此方法用于BGA封装工艺时，有助于提高产品的质量和生产能力。
---一般情况下，在倾斜上升阶段，采用下列过程控制策略：
● 对入厂的各类元件确定其一致性，进行10%的批量分析;
● 对入厂的各类元件的剥离现象，进行10%的SAM检查;
● 对入厂的各类元件的空洞现象，进行10%的X射线检查;
● 对焊膏容积，进行100%的在线自动化焊膏检查;
● 对焊点完整性和可靠性，进行100%的自动化X射线检查;
● 回流焊或返修之后，对剥离现象的20%进行SAM审查;
---一旦装配过程已成熟且稳定，在生产中采用下列过程控制措施：
● 焊膏容积的在线自动化焊膏检查;
● 焊点完整性和可靠性，10%的自动化X射线检查;
● 回流焊及返修之后，对剥离现象的SAM检查。 结束语
---应用自动化过程控制技术减少了BGA装配的返工、修理和检查工作，从而比QFP封装大大地节省成本。因此，自动化过程控制技术在帮助装配厂商提高产品的性能和可靠性方面起着非常重要的作用。 | 
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