Mit der Entwicklung elektronischer Produkte hin zu Portabilität, Miniaturisierung, Vernetzung und Multimedialität steigen die Anforderungen an die Verpackungstechnologie von Mehrchip-Bauelementen, wobei ständig neue Hochdichte-Gehäusetechnologien entstehen, unter denen BGA (Ball Grid Array) die verbreitetste ist. Durch die Änderung des von herkömmlichen Gehäusen verwendeten peripheren Anschlussmodus enthält BGA Lotkugeln, bei denen es sich in Wirklichkeit um Pb/Sn-Lötbump-Verbindungen handelt, die unter seiner Basis die Funktion von Anschlüssen übernehmen. Im Vergleich zu herkömmlichen Gehäuseformen weist BGA Vorteile wie eine hohe Anzahl von I/Os pro Flächeneinheit, geringe Leitungsinduktivität und -kapazität, hervorragende Wärmeableitung und geringe Anforderungen an die Ausrichtung auf, was die BGA-Verpackung zur Hauptströmung moderner Gehäusetechnologien macht.
Trotz der vielen im vorherigen Absatz genannten Vorteile weist das BGA-Gehäuse auch Mängel auf, insbesondere in Bezug auf die Qualitätskontrolle während der Filterung. Dieser Artikel wird einige Maßnahmen zur Qualitätskontrolle vonBGA-Komponentenbasierend auf ihren Eigenschaften.
Mögliche Unregelmäßigkeiten von BGA-Komponenten während der Filterung
Mögliche Auffälligkeiten von BGA‑Bauteilen während der Filterung treten hauptsächlich in zwei Formen auf: Lotkugeln und Abdeckplatte. Erstere umfassen Beschädigung der Lotkugeln, Ablösen der Lotkugeln und Oxidation der Lotkugeln, während Letztere nur bestimmt werden kann, wenn GJB548B-2005 als Referenz herangezogen wird.
• Lötkugeleinwirkung und Abdeckplattenkratzer
Lötkugeleinwirkungen und Abdeckplattkratzer treten meist infolge einer Fehlanpassung an gealterte Sockel auf, was wiederum zu hohen Temperaturen und zur Alterung der Bauteile führt.
Testsockel für BGA-Gehäuse gibt es in zwei Ausführungen: Nadelspitzen-Typ und Klauen-Typ. Der Testsockel vom Nadelspitzen-Typ zeichnet sich durch eine nadelspitzenförmige Kontaktmethode zwischen Lotkugeln und Sockel aus, das heißt, Punkt-zu-Kugel-Typ. Diese Art von Sockel neigt dazu, Nadelspuren auf den Lotkugeln zu verursachen, und die Nadelspitze verformt sich bei langfristiger Anwendung leicht, was wiederum zu Beschädigungen der Lotkugeln führt. Klauen-Typ-Sockel sind solche Sockel, bei denen die Lotkugeln vollständig in einer Prüftasche umschlossen sind. Diese Art von Sockeln neigt dazu, Abrieb zu verursachen, der dann zu Stößen am Rand der Lotkugeln führt, bedingt durch den Abrieb der Prüftasche. Kurz gesagt, sowohl Nadelspitzen-Typ-Sockel als auch Klauen-Typ-Sockel verursachen nach langfristiger Anwendung Schäden an den Lotkugeln.
• Lötperlenabfall
Das Ablösen von Lotkugeln gehört zu einem zufälligen Phänomen, und der Ausfall tritt häufig an nickelplattierten oder goldplattierten Oberflächen auf. Das Ablösen von Lotkugeln steht möglicherweise im Zusammenhang mit der Pad-Oberfläche, etwa durch Verunreinigungen und Nickeloxidation. Im Prozess des Reflow-Lötens ist die Haftung zwischen Lotpaste und Pad nicht gut, was dazu führt, dass Lotkugeln während des Feuchtigkeitstests abfallen. Ein weiterer möglicher Grund für das Ablösen von Lotkugeln hängt mit der Dicke der Goldplattierung auf der Pad-Oberfläche zusammen, da zu dickes Gold und Zinn zur Bildung einer spröden Metalllegierung neigen, was zum Ablösen der Lotkugeln führt.
• Oxidation von Lotkugeln
Die Oxidation von Lotkugeln tritt bei der ersten Filterung zur Qualitätsprüfung von BGA-Gehäusekomponenten nur selten auf. Je länger Lotkugeln der Luft ausgesetzt sind, desto leichter kommt es zur Oxidation. Infolgedessen tritt die Oxidation von Lotkugeln in der Regel im zweiten Filterprozess auf. Daher ist es von großer Bedeutung, die Oxidation von Lotkugeln zu verhindern, wenn es um die Qualitätskontrolle von BGA-Komponenten geht.
Wie führt man Qualitätskontrollen bei BGA‑Bauteilen durch?
• Strenge IQC
Die Sichtprüfung ist für die IQC (Eingangsqualitätskontrolle) bei jedem Bauteil unverzichtbar, einschließlich BGA. BGA-Bauteile erfordern eine 100%ige Prüfung, bei der die Lötbälle zu 100% unter dem Mikroskop inspiziert werden. Dies ist insbesondere für BGA-Bauteile nach der zweiten Filterung notwendig, da BGA-Bauteile, die für die zweite Filterung bereitstehen, über einen langen Zeitraum gelagert werden, was möglicherweise zur Oxidation der Lötbälle führt. Die Sichtprüfung wird verwendet, um die Qualifikation ihres Erscheinungsbildes zu überprüfen. Darüber hinaus erhalten BGA-Bauteile während des Transports unzureichenden Schutz, was zu Beschädigungen der Lötbälle und zum Ablösen von Lötbällen führt.
• Prozesssteuerung
Der Schutz von Lötbällen ist während des Filterprozesses von BGA‑Bauteilen von großer Bedeutung. Um Lötbälle besser vor Beschädigungen zu schützen, können die folgenden Maßnahmen ergriffen werden.
a. Standardbetrieb
Es sollten Standardbetriebsgrundsätze für BGA‑Bauteile formuliert und die Feldkontrolle von BGA‑Bauteilen verstärkt werden.
b. Schutz
1) Anti-Oxidation: Alle BGA-Komponenten und ihre Test-Sockel sollten während der Testphase in einem Stickstoffschrank aufbewahrt werden, um die Oxidation der Lötbälle und Sockel zu verzögern.
2) Schutz der Lötbälle: Das Wenden von BGA‑Bauteilen sollte mithilfe einer speziell angefertigten Palette und antistatischem Schaumstoff erfolgen, die den physischen Schutz der BGA‑Bauteile während des Wendens gewährleisten können.
c. Testprototyp
Die Sockel müssen vor jedem Test mit 1 bis 2 geprüften Mustern verwendet werden, um zu überprüfen, ob Kratzer auf der Abdeckplatte auftreten und ob Beschädigungen an den Lötbällen vorhanden sind. Wenn keine Unregelmäßigkeiten festgestellt werden, kann der Test fortgesetzt werden. Wenn Unregelmäßigkeiten festgestellt werden, darf der Test erst fortgesetzt werden, nachdem die Sockel repariert wurden.
d. Bewertung und Inspektion der Lebensdauer von Steckdosen
Alle Sockel verfügen über eine eigene Lebensdauer, und die Qualität der Bauteile wird drastisch reduziert, wenn diese Lebensdauer überschritten wird. Daher ist die Bewertung der Lebensdauer von BGA‑Bauteilen von wesentlicher Bedeutung. Nachdem die Sockel in die Produktion gegangen sind, sollte ihre Lebensdauer bewertet und eine Inspektion durchgeführt werden, bevor die Lebensdauer der BGA‑Bauteile erreicht ist. Das Testvolumen sollte vor den späteren Tests abgeschätzt werden. Inspektionen müssen vor und nach den Tests an Sockeln und Bauteilen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass keine Beeinträchtigungen aufgrund von Problemen mit den Sockeln auftreten.
e. Qualitätskontrolle
Qualität sollte von Anfang an betont werden. Zunächst sollten Qualitätspropaganda und -umsetzung sowie Qualitätsbildung an alle Führungskräfte und Mitarbeiter in der Produktion vermittelt werden, um sicherzustellen, dass das gesamte Personal sich aller bestehenden und leicht erkennbaren Probleme bewusst ist, sodass Qualitätsprobleme nicht aufgrund unzureichender Bekanntmachung und Umsetzung erneut auftreten. Als Nächstes muss Schulung für die Mitarbeiter in der Produktion durchgeführt werden, wobei die Arbeitsabläufe standardisiert werden, um Qualitätsverluste durch ungeeignete Arbeitsweisen zu minimieren. Schließlich sind sowohl Qualitätsprüfung als auch Qualitätsfeedback notwendig. Statistiken zur Qualitätsinformation und Qualitätsfeedback sollten gemeldet werden. Die gemeldeten Inhalte umfassen Datenstatistiken, Chargenprobleme, potenzielle Qualitätsrisiken und Vorschläge zur Qualitätskontrolle, die den Kunden als verlässliche Informationen und den übergeordneten Abteilungen als Referenzmaterial für die Nachahmung von Managementmaßnahmen zur Verfügung gestellt werden.
Darüber hinaus sollten interne Audits und Überwachungsinspektionen aktiv innerhalb des Qualitätssystems durchgeführt werden. Die Qualitätskontrolle muss von Anfang an beginnen, wobei die Bezugsquellen streng kontrolliert und die Schlüsselschritte hervorgehoben werden. Wann immer praktische Probleme offengelegt werden, sollten kontinuierliche Verbesserungsmaßnahmen aufrechterhalten werden.
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