一、BGA器件篩選過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況

BGA器件篩選過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題主要有兩大類(lèi)：焊球問(wèn)題和蓋板問(wèn)題。焊球問(wèn)題主要表現(xiàn)在焊球損傷、焊球脫落和焊球氧化，蓋板的問(wèn)題主要按照
GJB548B-2005方法2009.1的依據(jù)來(lái)進(jìn)行判斷。BGA封裝篩選過(guò)程中的焊球問(wèn)題如圖1所示。

圖1、焊球損傷

圖2、焊球脫落                      圖3、焊球氧化                       圖4、蓋板劃傷露底層金屬

（1）焊球損傷及蓋板劃傷案例分析
圖1(a)及圖4所示現(xiàn)象是XX產(chǎn)品篩選過(guò)程中，因老化插座不匹配，器件高溫老化所致。該器件焊球變形及蓋板劃傷后，我們對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行了分析，確定其原因是插座不匹配。該器件及其對(duì)應(yīng)的國(guó)產(chǎn)器件的相關(guān)尺寸及原因分析如表1所示。

圖1(b)和圖1(c)所示現(xiàn)象是測(cè)試插座造成的焊球損傷。BGA封裝的測(cè)試插座主要有兩類(lèi)，針尖類(lèi)和爪類(lèi)。針尖類(lèi)測(cè)試插座即器件(焊球)與插座的接觸方式為針類(lèi)，是點(diǎn)對(duì)球的接觸方式。這類(lèi)插座容易在焊球上扎出針眼，長(zhǎng)時(shí)間使用后插座的針尖變形更易造成焊球損傷，如圖1(b)所示。爪類(lèi)插座是指測(cè)試插座將焊球全部包入測(cè)試凹槽中，這類(lèi)插座長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)因測(cè)試凹槽的磨損造成焊球周邊凹凸不平，如圖1（c）所示。不論是針尖類(lèi)插座還是爪類(lèi)插座，長(zhǎng)時(shí)間使用都容易造成焊球損傷。

（2）焊球脫落案例分析
CBGA429電路在進(jìn)行耐濕試驗(yàn)后1只電路的焊球出現(xiàn)脫落情況（見(jiàn)圖2和圖5）。該批次電路共15只進(jìn)行試驗(yàn)，1只電路出現(xiàn)問(wèn)題，做過(guò)的試驗(yàn)包括高低溫測(cè)試、恒定加速度、溫度循環(huán)。

經(jīng)過(guò)分析，該電路的焊球脫落屬于偶發(fā)現(xiàn)象，未在同電路其他焊球、同批次其他電路上復(fù)現(xiàn)失效；從SEM/EDX分析看，與外殼焊盤(pán)金屬化層無(wú)關(guān)，與鍍鎳底層無(wú)關(guān)，失效發(fā)生在鍍鎳層表面或鍍金層上；焊球脫落可能與焊盤(pán)表面有相關(guān)性（如篩選考核中沾污、鎳氧化等，在回流焊接中錫膏與焊盤(pán)之間黏附不良，導(dǎo)致耐濕試驗(yàn)中焊球脫落；也有可能與焊盤(pán)表面鍍金層厚度相關(guān)，成分分析發(fā)現(xiàn)少量金，表明該電路焊盤(pán)金層較厚，過(guò)厚的金與錫在焊接層中生成脆性金屬間化合物，導(dǎo)致焊球脫落；還有一種可能是實(shí)驗(yàn)中碰脫焊球（因未尋得焊球，無(wú)法判斷）。
上述焊球脫落的案例是耐濕試驗(yàn)后造成的，也有很多大型FPGA電路僅常溫測(cè)試后就發(fā)生焊球脫落現(xiàn)象，如圖6所示，原因可能為測(cè)試插座氧化、操作不當(dāng)、焊球虛焊等。

圖6、大型FPGA器件焊球脫落圖

二、焊球氧化分析

BGA封裝的器件在首次篩選檢驗(yàn)過(guò)程中一般都不會(huì)發(fā)生焊球氧化的現(xiàn)象，焊球暴露在空氣中的時(shí)間越長(zhǎng)，就越容易發(fā)生氧化，因此焊球氧化都發(fā)生在二次篩選過(guò)程中，如圖3所示。如何預(yù)防焊球的氧化也是BGA封裝器件的重點(diǎn)攻關(guān)問(wèn)題。

三、BGA器件篩選過(guò)程中的質(zhì)量控制

1、來(lái)料把關(guān)控制
任何器件來(lái)料目檢都是必做的，BGA器件不僅需要100%檢驗(yàn)，更需要針對(duì)焊球進(jìn)行100%鏡檢，尤其是二次篩選的器件，100%鏡檢必不可少。二次篩選的器件時(shí)間跨度較長(zhǎng)，容易發(fā)生焊球氧化的問(wèn)題。對(duì)于進(jìn)口BGA器件，因其來(lái)源多樣化，器件的狀態(tài)也可能多樣化，也有可能是拆機(jī)件，來(lái)樣外觀檢驗(yàn)即可發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并判定不合格。另外，由于運(yùn)輸過(guò)程中器件保護(hù)不良，也有可能造成焊球損傷、焊球脫落的問(wèn)題。遇到此類(lèi)問(wèn)題，需要反饋給客戶(hù)，在征得客戶(hù)同意的基礎(chǔ)上對(duì)器件進(jìn)行后續(xù)處理。

2、過(guò)程控制
BGA封裝的器件篩選過(guò)程中焊球防護(hù)至關(guān)重要，如何做好焊球防護(hù)是BGA器件篩選過(guò)程中的重中之重。根據(jù)BGA器件篩選過(guò)程中遇到的以上問(wèn)題，擬制定相關(guān)過(guò)程控制方案，具體如下。

3、規(guī)范化操作
制定BGA器件操作規(guī)范，加強(qiáng)BGA器件現(xiàn)場(chǎng)控制。

4、器件防護(hù)

（1）防氧化：所有BGA器件及其測(cè)試插座在未試驗(yàn)階段均要放置在氮?dú)夤裰校泳徍盖蚣安遄趸?/span>

（2）焊球防護(hù)：BGA器件的周轉(zhuǎn)必須通過(guò)專(zhuān)用托盤(pán)（指定包裝）和防靜電泡沫，做好BGA器件周轉(zhuǎn)過(guò)程的物理防護(hù)。

5、測(cè)試試樣
每次測(cè)試前先要檢查插座，并試測(cè)1~2只樣品，測(cè)完后檢查電路的蓋板有無(wú)劃傷、焊球有無(wú)缺損（或脫落），如無(wú)異常方可繼續(xù)測(cè)試；如有異常，需待插座修復(fù)（或替換）后再次試測(cè)，確保測(cè)試不會(huì)對(duì)外觀造成影響才能進(jìn)行后續(xù)測(cè)試。

6、插座壽命評(píng)估及檢查
所有插座都有使用壽命，但凡超出使用壽命范圍就會(huì)對(duì)器件造成影響，BGA器件的壽命評(píng)估尤為重要。插座投產(chǎn)后需預(yù)估使用壽命，并在即將達(dá)到使用壽命前對(duì)插座進(jìn)行檢查并預(yù)警，后續(xù)測(cè)試前需預(yù)估測(cè)試量，測(cè)試前后都需對(duì)插座和器件進(jìn)行檢查，確保不因插座造成外觀問(wèn)題。

7、質(zhì)量控制
質(zhì)量方面需從源頭抓起。首先，需對(duì)所有管理及一線操作員工進(jìn)行質(zhì)量宣貫和質(zhì)量教育，確保所有人對(duì)已出現(xiàn)和易出現(xiàn)的問(wèn)題有所了解并引起警覺(jué)，避免因質(zhì)量宣貫不到位再次出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。其次，還需對(duì)一線操作員工針對(duì)BGA器件進(jìn)行統(tǒng)一操作培訓(xùn)，規(guī)范操作方法，盡一切可能降低因操作不當(dāng)造成的質(zhì)量損失。最后，質(zhì)量檢查和質(zhì)量反饋也必不可少，要堅(jiān)持質(zhì)量信息統(tǒng)計(jì)和反饋上報(bào)工作，上報(bào)內(nèi)容除了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，重點(diǎn)是批次性問(wèn)題、可能存在的質(zhì)量隱患以及對(duì)質(zhì)量控制的建議，為用戶(hù)提供可靠性的信息，同時(shí)也為上級(jí)部門(mén)制定相應(yīng)管理措施提供了參考依據(jù)。
另外，在質(zhì)量上要積極做好質(zhì)量體系內(nèi)部審核和監(jiān)督檢查。堅(jiān)持從源頭抓起，控制重點(diǎn)環(huán)節(jié)，切實(shí)暴露問(wèn)題，持續(xù)不斷改進(jìn)，達(dá)到閉環(huán)目標(biāo)；按人員比例配備質(zhì)量監(jiān)督員，對(duì)篩選檢測(cè)全過(guò)程實(shí)施質(zhì)量監(jiān)督并記錄。

四、改進(jìn)措施和合理化建議

BGA器件篩選過(guò)程中出現(xiàn)的焊球問(wèn)題是重點(diǎn)要解決的問(wèn)題，雖然無(wú)法確保100%杜絕問(wèn)題，但是可以通過(guò)改進(jìn)方法，提出合理化建議，降低BGA器件出現(xiàn)問(wèn)題的概率，具體改進(jìn)措施如下：
1、焊球氧化改進(jìn)措施
所有BGA器件和其配套測(cè)試插座均放置在氮?dú)夤裰斜４妫泳徍盖蜓趸?/span>

2、蓋板劃傷改進(jìn)措施
所有進(jìn)口BGA器件，首次來(lái)料必須進(jìn)行精確尺寸測(cè)量，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，投產(chǎn)時(shí)根據(jù)精確尺寸尋找專(zhuān)用插座（確認(rèn)進(jìn)口尺寸與國(guó)內(nèi)器件尺寸完全相同時(shí)可共用），首次試驗(yàn)時(shí)必須試樣，確認(rèn)試樣無(wú)誤方可全部投產(chǎn)。

3、焊球損傷改進(jìn)措施
規(guī)范操作手冊(cè)，做好物理防護(hù)。

4、焊球脫落改進(jìn)措施
      近年來(lái)，焊球脫落情況都出現(xiàn)在大型FPGA器件（BGA封裝）測(cè)試后（僅進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)目），如出現(xiàn)焊球脫落，在征得客戶(hù)認(rèn)可的基礎(chǔ)上，通過(guò)重新植球恢復(fù)原樣，出貨前再進(jìn)行測(cè)試，確保器件電性能測(cè)試合格。針對(duì)此種情況，提出以下合理化建議：
二次篩選是在一次篩選的基礎(chǔ)上，整機(jī)科研和生產(chǎn)單位為了滿(mǎn)足整機(jī)系統(tǒng)對(duì)元器件的可靠性要求，對(duì)元器件按照驗(yàn)收流程和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的第二次合格性和可靠性篩選。目前，國(guó)內(nèi)部分生產(chǎn)廠家對(duì)于BGA器件的焊球保護(hù)提出了新的解決方案，即一次篩選過(guò)程中不進(jìn)行植球（封裝形式為LGA），僅對(duì)需要驗(yàn)證焊球可靠性試驗(yàn)的步驟進(jìn)行抽樣植球并進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)。一次篩選完成后，器件不進(jìn)行植球便進(jìn)行二次篩選，二次篩選完成后再進(jìn)行植球，植球后再進(jìn)行電性能測(cè)試，確保器件不因植球造成損失。這種方案不僅降低了BGA器件篩選過(guò)程中的損傷，也在無(wú)形中降低了生產(chǎn)方的經(jīng)濟(jì)損失。此方案的可實(shí)施性也很強(qiáng)，在生產(chǎn)方認(rèn)可并同意的基礎(chǔ)上建議實(shí)行此方案。
      在不考慮上述方案的條件下，生產(chǎn)方還可以從BGA插座方面來(lái)想辦法解決問(wèn)題。首先要考慮插座材料的耐高低溫條件，滿(mǎn)足了這個(gè)條件之后再考慮插座頂針的形狀和軟硬程度（在不影響測(cè)試功能的前提下）。本文2.2節(jié)中提到了兩類(lèi)插座頂針的形狀：針尖類(lèi)和爪類(lèi)。研制方要根據(jù)焊球的大小，選擇能在更大程度上減少焊球損傷的形狀。當(dāng)然，這種選擇也并不是絕對(duì)的，焊球的損傷更多還是和插座的使用壽命相關(guān)。插座頂針的軟硬程度有兩類(lèi)：一，插座頂針偏軟，對(duì)BGA焊球可能造成的損傷較小，但是磨損更厲害，
使用壽命較短；二，插座頂針偏硬，對(duì)BGA焊球可能造成的損傷較大，但是磨損小，使用壽命較長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，插座的使用壽命和BGA器件的焊球防護(hù)有著必然聯(lián)系。做好插座的使用壽命評(píng)估，對(duì)插座使用進(jìn)行記錄、檢查和更換是解決篩選過(guò)程中BGA焊球損傷的首選方法。

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