bga组装制程能力分析

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1、BGA组装制程能力分析 由于BGA组装与现在的焊接装配技术完全兼容，芯片规模的BGA栅格间距为0.5mm、0.65mm、0.80mm，塑料或陶瓷的BGA具有相对较宽的接触间距（1.50mm、1.27mm、1.00mm），密间距的BGA比密间距的引脚包装IC较不容易受损坏，且BGA标准允许选择地去掉接触点以满足特定的I/O要求。BGA技术已发展为SMT制造业的前沿技术，BGA封装正迅速成为密间距和超密间距技术所选择的封装，在提供一个可靠的装配工艺的同时达到高密度的互连，使得在工业范围内越来越多地采用这种封装形式。X射线断层照相检查设备在BGA组装中的应用直到BGA使用

2、到产品应用设计中的时候，大多数PCB与电子制造商还没有发现将X光检查使用到其生产过程中的太多需要。传统的方法，诸如人工视觉检查（MVI）和电气测试，包括制造缺陷分析（MDA）、在线测试（ICT）和功能测试（FBT），已经足够。可是，这些方法不足以检查隐蔽的焊锡点问题，诸如空洞、冷焊和焊锡附着差。X光检查系统是一个被证实的、检查隐蔽的焊锡点、帮助建立与控制制造过程、分析原型、确认过程缺陷的工具。它们效率高、并且与MDA、ICT和AOI系统不一样，它们可以迅速确认短路、开路、空洞和BGA及其它区域排列组装在板上的锡球不对准，监测过程品质和提供统计过程控制（SPC）所要求

3、的即时反馈数据。X射线断层照相设备可以把焊球分层，产生断层照相的结果。X射线断层照相的图片能够根据CAD原始设计数据和用户设置的参数进行自动分析焊点，它实时地进行断层扫描，能够在几十秒或2min之内对PCB两面的所有元件的所有焊点进行精确的对比分析，得出焊接合格与否的结论。BGA组装过程及其变异来源为了更有效地使用X光检查系统，我们必须明确BGA组装过程的控制参数和参数控制极限。BGA组装过程概述如下：锡膏印刷→检查→BGA放置→回流焊→检查。在生产过程中，具有共晶锡球的BGA贴装在锡膏中时，其位置通常在回流期间通过液态焊锡的自我对中得到纠正，因此贴装精度不象密脚引

4、脚型元件那么关键，故BGA器件组装工艺中主要的控制环节是锡膏印刷和回流焊。当然，焊接点的形状和尺寸的变异也与其它许多因素有关。要消除所有变异是不可能的，因此生产过程控制的关键是减少每一生产环节的变异。对不同变量及其对最终组装产品的影响要进行仔细分析和量化处理。考虑从BGA器件到PCB组装整个过程，影响焊接点质量的主要变量有：1．焊球体积;2．BGA器件焊盘尺寸;3．PCB焊盘尺寸;4．锡膏印刷量;5．回流焊过程中BGA器件变形;6.回流焊过程中BGA器件贴装区域PCB变形;7．贴片放置精度;8．回流焊温度曲线。不管用哪种检查设备进行检查，判断焊点的质量是否合格都必须

5、有依据。IPC-A-610C的12.2.12专门对BGA焊点的接收标准进行了定义。优良的BGA焊点的要求是焊点光滑、圆、边界清晰、无空洞，所有焊点的直径、体积、灰度和对比度均一样，位置对准，无偏移或扭转，无焊料球。BGA组装制程能力研究以下论述是针对具有共晶锡球、使用免清洗焊膏、520脚塑料封装PBGA器件，其尺寸为2″2″，有五层锡球阵列。对BGA放置精度、BGA回流焊过程中焊点开路和焊点短路产生几率等，进行6Sigma制程能力分析。其数据统计及计算前提假设如下：1．BGA器件和PCB板上的焊盘尺寸无变异;2．BGA器件无变形（回流焊过程）;3.回流焊后根据焊点（

6、锡球和锡膏）平均体积计算平均标准偏差;4．BGA器件重量假设由浮力和表面张力而平衡;5．焊盘和共晶锡球，可焊性好;6．所有分布均为正态分布。BGA放置使用标准SMT设备进行BGA放置。一般贴片设备具备BGA共晶锡球图象识别能力，其放置过程能力为：3mils@6sigma其它影响放置过程能力的变量有：锡膏印刷能力＝4mils@6sigmaPCB焊盘X、Y位置精度＝3mils@6sigma共晶锡球X、Y位置精度＝3mils@6sigma合并标准偏差可估算为：c＝1＋2＋3＋4＋…其中,1，2，3，4…为制程各变异组成部分的标准偏差。由此可计算出制程能力为6sigma时，

7、最大放置偏差为6.53mils。焊盘尺寸为直径28mils，因锡膏熔化时表面张力产生的器件自我对中，该放置偏差可忽略，排除了BGA器件放置偏离的顾虑。虽因PCB流转过程中运动或操作者人为因素会使锡球对准存在偏差，但就BGA器件放置过程而言，其制程能力为6sigma水平。焊点开路在组装过程中，因共晶锡球塌陷不足而产生焊点开路。对520脚PBGA，共晶锡球为直径30mils的球体，其形成过程标准偏差为500mils3（以体积计算），共晶锡球体积规格值为14130mils3。BGA和PCB上的焊盘直径均为28mils，锡膏印刷厚度通常为6mils，故BGA锡球器件侧的