Mit dem stetigen Fortschritt der wissenschaftlichen Technologien kann die moderne Gesellschaft ohne das Aufblühen der Elektroniktechnologien, die in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens eingesetzt werden, keinen Schritt vorankommen. Darüber hinaus werden strenge Anforderungen an die Miniaturisierung und das geringe Gewicht von Elektronikprodukten wie Smartphones, tragbaren Computern, Speichermedien, Hardware-Treibern, 4K-Fernsehern usw. gestellt. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen eingehende Forschungen sowohl aus der Perspektive der Fertigungstechnologien als auch der Komponenten durchgeführt werden. Die Anwendung der SMT (Surface Mount Technology, Oberflächenmontagetechnik) entspricht dem Trend der Zeit und legt ein solides Fundament für die Leichtigkeit, Dünnheit und Miniaturisierung von Elektronikprodukten.
Seit den 1990er-Jahren wird SMT in ausgereifter Form eingesetzt. Mit der rasanten Entwicklung elektronischer Produkte hin zu Portabilität, Miniaturisierung, Vernetzung und Multimedialität sind jedoch höhere Anforderungen an die Elektronikmontagetechnologien entstanden, was zur Entstehung neuer Arten von Hochdichte-Montagetechnologien geführt hat, unter denen BGA als die Technologie mit der breitesten praktischen Anwendung gilt. Für eine optimale BGA-Montage spielen BGA-Lötstellen eine entscheidende Rolle für die endgültige Qualität der BGA-Baugruppe. Daher werden in diesem Artikel einige wirksame Maßnahmen zur Qualitätskontrolle von BGA-Lötstellen erörtert.
Die am häufigsten auftretenden Probleme bei der Inspektion von BGA-Lötstellen
Bislang werden bei Herstellern, die in der Elektronikmontage tätig sind und BGA‑Bauteile in mittlerem oder großem Umfang einsetzen, Lötfehler an BGA‑Bauteilen durch die Durchführung elektrischer Tests aufgedeckt. Weitere Methoden zur Überwachung der Qualität des Montageprozesses und zur Identifizierung von Fehlern an BGA‑Lötstellen umfassen Stichprobentests beim Pastendruck, Röntgeninspektion und die Analyse elektrischer Tests.
Es ist eine äußerst anspruchsvolle Aufgabe, die Bewertungsanforderungen für elektrische Tests an BGA‑Bauteilen zu erfüllen, da es sehr schwierig ist, Testpunkte unter BGA‑Bauteilen zu erfassen. Daher können elektrische Tests niemals zur Inspektion und Bewertung von BGA‑Fehlern herangezogen werden, was die Kosten für Fehlerbeseitigung und Nacharbeit in gewissem Maße erhöht. Elektrische Tests können nur beurteilen, ob der Strom ein- oder ausgeschaltet ist, wenn BGA‑Bauteile verbunden sind. Mit Unterstützung durch nicht‑physische Lötstellenprüfungen wird dies für die Verbesserung des Montageprozesses und für SPC (Statistical Process Control) von Vorteil sein.
Die BGA-SMT-Montage ist lediglich eine grundsätzlich physische Verbindungstechnologie. Um die Qualität eines solchen Prozesses bestimmen und kontrollieren zu können, müssen die physikalischen Faktoren bekannt sein und überprüft werden, die seine Zuverlässigkeit im Langzeitbetrieb beeinflussen, wie etwa die Menge der Lotpaste, die Ausrichtung zwischen Anschlüssen und Pad sowie die Benetzbarkeit.
Erforschung von BGA-Inspektionsmethoden
Es ist von wesentlicher Bedeutung, die physikalischen Eigenschaften von BGA-Lötstellen zu prüfen und die Methode zur Erreichung einer zuverlässigen Verbindung während des Montageprozesses zu bestimmen, da das durch den Test bereitgestellte Feedback mit der Anpassung jedes einzelnen Prozesses verbunden ist oder eine Parameteranpassung der Lötstellen erfordert.
Physikalische Tests sind in der Lage, Veränderungen beim Pastendruck sowie alle Aspekte der BGA-Lötstellen während des gesamten Reflow-Lötprozesses nachzuweisen. Darüber hinaus können sie alle Zustände aller BGA-Bauteile anzeigen, die auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) oder auf verschiedenen Leiterplatten montiert sind. So wird beispielsweise während des Reflow-Lötprozesses die Veränderung der extremen Umgebungsfeuchtigkeit in Verbindung mit der Abkühlzeit schnell durch die Anzahl und Größe von BGA-Lunkern (Voids) widergespiegelt. Nachdem BGA-Bauteile ordnungsgemäß gefertigt wurden, sind im Montageprozess weiterhin zahlreiche Tests erforderlich, jedoch mit reduzierter Prüftiefe.
Bislang weisen von vielen Herstellern eingesetzte Röntgenprüfgeräte zur Analyse elektrischer Testergebnisse ebenfalls das Problem auf, dass sie nicht in der Lage sind, die Reflow-Lötbarkeit von BGA-Lötverbindungen zu prüfen. Bei Verwendung eines Röntgenprüfgeräts erscheint das auf das Pad gedruckte Lot im Bild als „Schatten“, da sich das Lot über der Lötstelle befindet. Bei nicht kollabierenden BGA-Bauteilen tritt der Schatten ebenfalls auf, bedingt durch die vorne positionierten Lotkugeln.
Ein Röntgenprüfgerät, das ausschließlich über Querschnitts-Röntgenprüftechnologie verfügt, ist in der Lage, die oben genannte Einschränkung zu überwinden, da Querschnitts-Röntgenprüfgeräte verborgene Defekte von Lötstellen sichtbar machen können und BGA-Lötverbindungen darstellen können, indem sie sich auf die Lötstellen in der Pad-Schicht fokussieren.
Wenn es um das Lötvolumen und dessen Verteilung an Lötstellen geht, werden Querschliffbilder oder horizontale Schnitte zur Messung eingesetzt. Zusammen mit Mehrfachschnittmessungen gleichartiger BGA-Lötstellen kann so effektiv ein 3D-Test bereitgestellt werden.
Zwei führende Defekte von BGA-Lötstellen
• Unterbrechung in nicht kollabierenden BGA-Lötverbindungen
Offene Stromkreise an nicht kollabierenden BGA-Lötstellen resultieren in der Regel aus einer Verunreinigung der Pads. Da das Lot die Pads auf der Leiterplatte nicht benetzen kann, steigt es an den Lotkugeln hoch und anschließend auf die Bauteiloberfläche. Wie im vorherigen Abschnitt erläutert, kann ein elektrischer Test das Vorhandensein offener Stromkreise feststellen, ist jedoch nicht in der Lage, die tatsächliche Ursache der Defekte zu bestimmen.
Mit der Anwendung der Querschnitts-Röntgeninspektionstechnologie können die zwischen Pad- und Bauteilebene gewonnenen Bildschnitte verwendet werden, um Unterbrechungen zu unterscheiden, die infolge von Verunreinigungen auftreten. Unterbrechungen infolge von Verunreinigungen neigen dazu, einen kleinen Pad-Radius und einen großen Bauteilradius zu erzeugen; Unterschiede zwischen Bauteilradius und Pad-Radius können genutzt werden, um festzustellen, ob Unterbrechungen infolge von Verunreinigungen auftreten. Wenn Unterbrechungen aufgrund von unzureichendem Lot auftreten, ist der Unterschied zwischen Bauteilradius und Pad-Radius sehr gering, und diese Art von Unterschied kann nur durch Querschnitts-Röntgeninspektionsgeräte angezeigt werden.
• Hohlraumbildung in kollabierbaren BGA-Lötverbindungen
Die Hohlraumbildung in kollabierbaren BGA-Lötstellen tritt auf, weil strömender Dampf an Lötverbindungen mit niedrigem Eutektikumspunkt gestoppt wird, was einen Hauptfehler bei kollabierbaren BGA-Bauteilen darstellt. Während des Reflow-Lötprozesses konzentriert sich der Einfluss des durch Hohlräume erzeugten Auftriebs auf der Bauteiloberfläche, sodass der Großteil der Lötstellenfehler ebenfalls dort auftritt.
Lunkerbildung kann durch Vorheizen während des Reflow-Lötprozesses sowie durch eine kurze Vorheizzeit und eine relativ niedrige Vorheiztemperatur verringert werden. Wenn Lunkerbildung die vorgeschriebene Größe, Anzahl oder Dichte überschreitet, wird die Zuverlässigkeit der Bauteile erheblich reduziert. Lunker in kollabierbaren BGA-Bauteilen können deutlich durch einen Querschnitt in einer Röntgenbildaufnahme angezeigt werden. Einige Lunker können in diesen Bildern bestimmt und gemessen oder indirekt durch das deutliche Bild an den BGA-Lötstellen angezeigt werden.
PCBCart führt umfassende BGA-Inspektionen in der gesamten SMT-Bestückungslinie durch
Um hochwertige BGA-Lötverbindungen für die präzise Funktionsrealisierung in Endprodukten bereitzustellen, online und offlineAOIs (automatisierte optische Inspektionen)müssen zu 100 % in der PCBCart-Werkstatt an BGA-Lötstellen durchgeführt werden. Für höhere Anforderungen an die Qualitätskontrolle von BGA-Lötstellen,AXI (automatisierte Röntgeninspektion)kann auch von PCBCart erwartet werden. Für weitere Informationen über unsere Fähigkeiten in der BGA-SMT-Bestückung wenden Sie sich bitteKontaktieren Sie unsOder Sie klicken auf die Schaltfläche unten, um eine Angebotsanfrage für Ihre BGA-SMT-Bestückungsanforderungen zu senden. Das ist völlig KOSTENLOS!
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Hilfreiche Ressourcen
•Vier Schritte, um BGA kennenzulernen
•Eine Einführung in die BGA-Verpackungstechnologie
•Faktoren, die die Qualität der BGA-Bestückung beeinflussen
•Anforderungen an Designdateien zur Gewährleistung einer effizienten BGA-Bestückung
•So erhalten Sie ein präzises Angebot für Ihre BGA-Bestückungsanforderungen
