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球柵陣列封裝技術是表面貼裝技術中的前沿技術之一。隨著元件的引線間距降至20密耳以下，組裝過程變得非常困難和復雜。BGA技術以更大的間距在相同的機身尺寸下提供相同的I/O數量。PCB廠商發現傳統的表面貼裝技術對于PCB組裝已經足夠，缺陷率低至4ppm。然而，這種技術面臨的最大挑戰是無法用傳統方法檢查包裝的物理性能，需要的是對完成的組件進行檢查。

x射線分層攝影就是解決這個問題的一種方法。通過使用分層攝影等截面X射線技術，可以在回流焊后識別BGA焊點的完整性。分層攝影技術的主要優點之一是可以實現在線檢測，并使用各種測量結果進行統計過程控制(SPC)。操作人員單獨站在透射式x光機下檢查上千種焊接情況是不切實際的，因此在線自動檢查非常重要。此外，X射線分層攝影還可以檢查雙面板。在線x光分層攝影不僅可以高效地改進裝配過程，還可以用于統計過程控制。

掃描束斷層掃描(SBL)是一種顯微聚焦X射線系統，可識別焊接缺陷并收集SPC數據信息，以自動生成和分析焊點橫截面圖像。在不同高度(焊盤、焊球和元器件)拍攝截面圖像，可以準確測量BGA互連中焊料的數量和位置。使用該系統，焊料的圖像顏色較深，而不夠致密的基材的圖像顏色較淺。

BGA組裝工藝的各種變量產生各種缺陷，這些缺陷通常與空洞、短路、焊料不足、焊料過多、引腳和元件偏移、開路和焊球較少有關。利用計算機對BGA焊點截面的X射線成像進行分析，形成定量測量，識別上述缺陷。

統計控制是利用數理統計原理對生產過程進行監控的一種方法。使生產過程中的每一個環節都處于理想狀態，確保為廠家提供生產合格產品的條件。

工藝數據的監控需要監控電子制造過程中設備產生的數據，包括爐溫、焊膏印刷高度、貼裝精度等相關工藝參數。這些數據通常是一個變量，而不是常數，所以在操作中不容易收集。為了及時了解生產過程中的實際情況，應使用SPC軟件對操作系統進行實時數據采集和實時統計分析，以便將統計數據信息及時反饋給操作人員。SPC還可以提供缺陷總數，并單獨列出組件、產品批號和缺陷類別，并提供分析。同時通過圖表對數據庫提供的數據進行分析，以靈活的方式快速找出缺陷的主要原因。

監控任何生產過程并準確提供過程控制是非常重要的。對于潛在缺陷，在表代碼中列出觀察到的缺陷后，找出缺陷的可能原因。選擇最可能的缺陷誘因，以確定缺陷的真正原因。最后，測試驗證選擇缺陷誘因的正確性。根據提出的解決方案，進行實驗以確保所選擇的缺陷誘因確實是正確的。

如果用戶可以識別各種控制參數和控制范圍，就可以獲得X射線斷層成像最有效的應用。與BGA相關的流程可以概括為:模板印刷→檢驗→元件放置→回流焊→檢驗。

制造工程師可以控制的兩個主要步驟是模板印刷技術和回流焊技術。然而，焊點形狀和尺寸的變化也來自許多其他因素。

成功加工技術的關鍵是系統地減少每個工藝步驟的可變性。由于不可能消除所有的變量，我們必須研究它們對最終裝配的影響。在考慮從BGA元器件到電路板組裝的整個過程時，能夠影響焊點完整性的基本變量有:焊球體積；組件上的焊盤尺寸；印刷電路板上的焊盤尺寸；焊膏印刷量；回流溫度下元件的翹曲；放置精度；回流曲線。

BGA工藝比通常的表面貼裝裝配工藝更容易預測。如果知道不同工藝參數的變量，就可以根據焊點的物理形狀，用統計的方法來評估工藝量。由于表面張力，可以注意到焊球假設為截頭球形，回流焊接后，焊點假設為兩端截頭球形。從這些表格中，可以評估過程能力。球形接頭的尺寸取決于上面列出的許多因素。

下面的討論是基于PBGA的研究，該研究提供了520針熔融焊球和免清洗焊膏。帶有2英寸x2英寸組件和5圈外圍陣列的焊球。考慮到貼片的準確性以及開路和橋接的可能性，執行六西格瑪能力分析。計算基于以下假設:

使用標準的表面貼裝機來定位BGA，在六西格瑪，的條件下，使用能夠識別焊球圖像的平衡定位機來放置3密耳以內的BGA。影響定位的其他變量有:模板印刷能力= 4密耳@ 六西格瑪。印刷電路板上焊盤的XY精度= 3密耳@ 六西格瑪。綜合標準偏差可評估為:

這里，σ1、σ2、σ3、σ 4...是加工成分的標準偏差。這給了我們一個1088密耳的定位偏差的組合標準偏差，并表明在六西格瑪，條件下，過程變量的最大定位偏差為6.53密耳。對于直徑為28密耳的焊盤尺寸，元件的自對準是由熔融焊料的表面張力引起的，因此這種偏差在定位中可以忽略不計。這樣就消除了元件的錯位，所以從定位的角度來看，雖然由于操作人員的干擾或者板裝卸臺的移位可能會出現套準不準的情況，但是BGA組裝工藝有能力實現六西格瑪。

焊料開路是由于組裝過程中焊球塌陷造成的。就520引腳的BGA而言，焊球由直徑30密耳的焊球組成。焊球的標準偏差為500立方密耳。焊球的體積為14，130立方密耳，組件側面的焊盤直徑為28密耳，所用模板的厚度為6密耳，組件上焊球的平均高度可評估為24密耳。在研究六西格瑪焊料體積變量中，焊料高度差(共面性)等于5.0密耳@六西格瑪。元件板的翹曲等于6密耳@+ 六西格瑪。組合共面性(從零平面開始)等于7.8密耳@六西格瑪。

組裝后，根據平均焊料體積(焊料和焊膏體積)，焊點的偏移高度為19密耳。焊膏印刷高度的測量和評估在六西格瑪/的變化下從4密耳變為8密耳，這意味著:

如果將這些變量控制在一定范圍內，BGA工藝可以達到六西格瑪工藝能力。否則，有許多變量起作用。通常組裝過程通過回流焊時，不僅元器件會翹曲，板材也會翹曲，使得偏移高度不一致。此外，不僅在元件側，而且在印刷電路板側，都存在與焊盤參數相關的特定變量，這也增加了工藝的可變性。在評估過程能力時，必須考慮這些變量。如果考慮所有這些變量，就可以找出開路的可能性。在這些情況下，為了檢查潛在的開路現象，可以使用x光分層攝影。

使用相同的方法，根據橋接條件評估BGA組件的工藝能力。焊點的直徑可以變化很大，實測數據表明，在六西格瑪，單個焊點在任意位置的組合焊料體積(焊球和焊膏)可以從12，800到19，250立方密耳不等。這表明實際上不可能在50密耳間距的BGA上引起橋接現象。

如果能有效控制與BGA相關的各種工藝，就能實現焊點完整性變化不大的組裝。然而，這些過程中的許多因素沒有得到很好的控制，迫使生產工程師使用檢測技術來完成連續的過程監控。為了檢查過程中的變化，應監控的各種變化包括:

錫膏印刷的檢測過程可以通過基于激光的檢測器完成，印刷變量可以根據預定的焊點形狀和焊點完整性控制在一定水平。焊點直徑的x射線檢測。但是透射X射線技術無法測量各種高度的直徑，所以X射線分層攝影是最適合的方法。

圖1和圖2分別顯示了焊點中心和PCB末端的焊點半徑的X射線圖。可以看到，第一個樣品在兩個條形圖中失控，然后檢查這種現象并返回到焊點的除濕狀態。可以看出，焊點的最低可用半徑是焊盤的半徑，因此單個焊球的較低剔除控制范圍應在焊盤直徑處進行調整。例如，考慮到焊點周圍較小的焊點，焊點與印刷電路板焊盤界面的x光分層攝影圖像顯示，焊點實際上是頸縮的。這種類型的變化是BGA技術固有的，因此應仔細確定焊料不足或焊點半徑不足的拒絕范圍。

通過深入了解各種相關變量，并將其控制在理想水平，證明了BGA技術在零缺陷組裝方面的巨大潛力。如果本文討論的所有變量都很好地控制在控制范圍內，各種缺陷的可能性極低，那么檢測過程就可以取消。然而，這些變量中的大多數仍然沒有得到很好的控制，需要進行一定數量的檢查。在線x光分層攝影不僅可以用于高效的工藝改進，還可以用于工藝控制，這也是成功組裝的關鍵。SPC技術作為最有效的在線控制手段，對于發現工藝過程中的一些潛在問題，并在沒有廢品時及時發出報警信息，從而采取糾正措施，從而減少廢品，提高工藝過程的一次通過率和質量一致性起到了關鍵作用。