随着球形栅状陈列（ BGA ）元件日渐普及，为确保良好的装配质量和高产量，所需检查策略是必须进行复检。 BGA 具有非凡的设计优势，但也存在测试和返修的实际需要。高成本和高难度的回流焊接后检查及返修表明：装配 BGA 之前，有效地控制印刷锡膏加工检查是最可行的方法。
BGA 优点之一是设计用于 BGA 的印刷锡膏比用于同等的 I/O 微间插件的更多。因此它能够减少印浆通过狭窄的微间距钢网孔时产生的许多故障。然而，因为 PCB 与插件之间的连接是隐藏在包装材料中形成的，所以 BGA 插件技术存在几个独特的挑战。
BGA 缺陷
从生产前景来看， BGA 技术主要弊端是焊接处隐藏在包装材料中，而在插件周围看不到。另一个弊端是不能修理单个脚，甚至当一个连接有故障时，整个组件都必须拆开和返修。此外，检查和返修一个故障 BGA 组件需要的设备和费用既昂贵又耗时，对于造成有 BGA 焊接故障的生产商而言，其付出的代价是惨重的。因此， BGA 装配生产商希望制造一个尽可能避免故障发生的装配检查系统。
印刷锡膏的重要性
BGA 装配过程中，印刷锡浆工序是最重要的步骤，有效地控制印刷锡膏是确保 BGA 高产量的关键（图 1 ）。所有 BGA 组件依靠锡浆提供助焊剂或助焊剂和锡浆的结合物，把元件固定到 PCB 上。对于 CBGA 器件，锡浆份量是特别关键的，因为锡膏影响一次性合格产品的产量，而且对于焊接可靠性也很关键。它主要是由于 PCB/CBGA 球形连接潜在的压力使其破裂，这种压力由器件和 PCB 基层之间热膨胀系数（ CFE ）的差异形成。
锡浆份量对于 CCGA 的可靠性不像对于 CBGA 插件那么关键。然而，印刷锡膏的高度却很关键，因为它可以补偿插件柱长度预期变化。同样，锡浆份量对于 TBGA 产品的可靠性不是关键性的。如果要正确地形成连接，锡浆高度的共面性必须与 TBGA 插件的共面性相匹配。
PBGA 组件上的共晶锡珠提供大多数的焊接接头。组成 PBGA 最重要的焊剂进助焊剂，它产生促进适当的接合湿泣。不像 CBGA ， PBGA ，增加多一些锡浆也不能提高长期可靠性。相反， PBGA 接合中加得太多锡浆可能会产生桥接现象。因此，锡浆印刷加工更符合 PBGA 装配要求时，锡浆检查能够有效防止桥接和保证足够的锡浆份量，形成可靠的焊点。
图 1
回流焊接前和回流焊后加工控制比较
为保证提供优质产品给最终用户， SMT 行业内已经出现两种截然不同的策略，即回流焊接前检查和回流焊接后检查。回流焊接后检查设备以 BGA 装配加工为目标，包括 X 光射线，在线测试（ ICT ）和功能测试设备。回流焊接前检查和过程控制包括锡浆检查和组件贴装检查。几个关键因素表明，回流焊接前锡浆检查是最可行的检查技术：
● 在各种类型的 BGA 元件上形成高产量和长寿命的焊点，印刷锡膏是关键因素。
● 回流焊接后 X 光射线检查设备很昂贵，它会全面检查在锡浆加工控制过程中已预防过的故障。
● 在不完全拆开组件的条件下，返修单个 BGA 脚是不可能的。避免 BGA 返修是生产商所希望的目标。
● CBGA 组件的长期可靠性与锡浆份量有直接关系，回流焊接后检查能判断出不合格组件并显示 " 硬失败 " ，例如开路和短路，它不能消除因印刷锡膏不足导致的焊接疲劳造成现场失败的出现。
而在 BGA 改善加工过程中， X 光射线技术是一个必要的研究工具，对每个装配点的在线锡浆检查技术，更适合大批量 BGA 产品生产。与预防故障和长期可靠性有关的成本远远大于用于在线锡浆检查设备的成本。
锡浆检查加工
自动化在线锡浆检查技术包括： 2-D 图像机器可视系统， 3-D 抽样检查和在线的 100 ％ 3-D 激光扫描系统。
设计上述系统，目的是替代主观的和通常不可靠的视觉检查方式，它通过数量和平均测量方法进行检查。
2-D 图像机器可视系统：最普通的在线可视系统以 2-D 图像拍摄技术为基础，它收集 PCB 的可视图像，作数字化处理后，建立数码影像，再通过分析图像亮度信息把目标从背景中分离出来，测量目标外貌上所需要的特征。至于在线锡浆检查， 2-D 图像只能测量锡浆面积而不能测量高度或份量。
采用 2-D 技术最初成本较便宜，目的刺通过典型手工艺高容量脉冲速度来满足 100 ％检查需要。但是，由于 2-D 数据对于颜色和光线明暗对比度非常敏感，并且无法提供高度和份量信息，所以 2-D 技术检查效果有限。锡浆份量对于 CBGA 的长期可靠量关键的；锡浆高度对于 TBGA 踏它 CCGA 的产量也量关键手工艺；防止 PBGA 产生桥接现象就挲避免过多的锡浆份量。 2-D 可视系统不能确保高产量和长寿命的 BGA 焊接。
3-D 抽样系统：几种类型的 3-D 系统可以测量 PCB 上单个 BGA 印刷锡膏的高度。它利用点激光或光结构技术测量印刷锡膏样本手工艺高度，然后用统计方法判断整个 PCB 合格与否。由于技术本身存在手工艺速度限制，这些系统仅仅局限于测量相对较小的印刷锡膏样本。取样系统方法的优势在于成本低、设置和综合需求简单。
另一个弊端是，通过 / 失败统计预测依靠 " 正常 " 方式中的锡浆加工特性。在线 3-D 系统 100 ％的测量印刷锡膏，从中收集到的数据表明印刷加工更多地呈现不正常的特征。一旦加工处于 " 控制中 " ，随机性缺点成为主要的失败来源。此外，低级的高度感应系统对于某些因素很敏感，包括锡浆结构， PCB 变形踏它阻焊膜厚度等，所以精密加工控制程度非常有限。
3-D 激光扫描技术
高速激光扫描 3-D 系统代表高级在线锡浆检查系统，提供 100 ％在线检查锡浆的份量，高度，面积和定位，允许 SMT 生产商确保每个印刷锡膏都满足技术规格。 100 ％ 3-D 锡浆检查系统费用通常比低级取样系统昂贵，并且回流焊接后无需再用 X 光射线检查。此外， ROI 系统潜力很大，它通过 100 ％锡浆份量，高度踏它共面性的检查消除所有与锡浆峨有相关的 BGA 故障。
具有良好设计的高速 3-D 激光扫描系统的优势是：高密度踏它高速的 3-D 数据提供 100 ％的锡浆份量变化情况，有效地消除由锡浆形状， PCB 材料或阻焊膜厚度造成的测量误差。图 2 就是一个激光扫描性能的例子。因为兼容各种激光扫描 3-D 感应技术，包括固态声光镜（ AO ）和旋转多棱镜系统，促使生产商检查各种技术的精确度和测量重复精度以及再生产的性能（ GRQR).
结论
与传统表面引线元件相比， BGA 具有实际的优势。要实现 BGA 全部优势， BGA 生产商面临的最主要的技术挑战量如何有效控制锡浆印刷过程：它能尽可能地保证最高的产量，最低的生产成本和最好的产品寿命。
作者简介
严惠霖先生，毕业于香港理工学院电子工程系。从事于相关电子制造业近 20 年，在开发市场、生产及技术管理、工程管理方面有丰富的实践经验，在 SMT 表面贴装、锡浆焊接技术、微接合技术、水循环清洗技术及工业激光应用等方面造诣极深，曾多次担任相关技术座谈会讲师，交多次出任香港生产力促进局客席顾问，亦曾为多家跨国电子企业提供顾问服务。严惠霖先生现任（香港）三和科技有限公司总裁，其公司业务主要是提供高品质的电子生产设备及技术，服务于中国内地及香港电子工业行业。
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