BGA芯片失效分析

摘 要：本文對球柵陣列(BGA)技術進行了介紹，主要從植球目的和開短路測試機測試的目的兩方面，進行BGA芯片失效分析，展現了失效分析對BGA封裝的質量控制作用。

關鍵詞：球柵陣列；植球；開短路測試機；失效分析

中圖分類號：TN405文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

球柵陣列（BGA）技術是上世紀90年代發展起來的微電子技術，它的出現解決了四邊引線扁平封裝所面臨的增加I/O數和精細節距帶來的成本與可靠性問題，同時還具有更小封裝尺寸、更低故障失效率的特征，適應了電子產品朝小型化和網絡化方向發展的趨勢，成為目前安裝技術的主流。

一、植球目的

建立BGA產品重工植球之作業程序與方法，以確保重工品質。

作業程序如下：

目檢：BGA IC是否被用過；BGA IC錫球是否被壓扁或氧化的現象；BGA IC是否有Popcorn爆板現象。

烘烤：為有效去除BGA封裝內部的濕氧，以預防Popcorn的發生，去除錫球前需將BGA IC置入Tray盤并打帶后，送入烘箱烘烤。

去錫球：少量添加液態助焊劑于BGA表面錫球上，再利用加溫烙鐵吸取錫球，完成后，再用烙鐵加熱于吸錫表面，以吸錫本身連到融錫溫度自然吸著BGA Pad上的殘留錫渣。（注：烙鐵溫度設定在260攝氏度到300攝氏度。）去錫作業時，力道禁止加壓，同時應避免烙鐵頭直接刮在BGA Substarte 表面PAD，此動作易勾壞BGA PAD造成翹皮[1]。

清洗：將除錫或植球完畢的BGA放入清潔溶液浸泡2分鐘后取出，并以干布擦干凈。（去錫或植球作業完成后，BGA上殘留的FLUX已產生化學反應并變質，會影響助焊Bench B/D測試效果。

植球步驟：用筆刷將助焊膏均勻涂在BGA表面上，涂抹時需維持同一方向，同時需注意角落PAD是否涂到。選擇正確尺寸的BGA植球座，將涂完Flux的BGA置放于植球座中，并檢查BGA是否完全放入植球座中，再上植球座上蓋。倒入錫球于植球座，并輕搖植球座，使錫球順利進入植球網孔中。將多余的錫球倒出容器中，輕輕將植球上蓋取起，并檢查是否有漏球或抱球的情形，若有則用鑷子補正錫球或輕拔移開。將植球座放入加熱器加溫，溫度設定為240攝氏度，加熱時間為3分鐘。加熱完成后，將植球座放入冷卻盤，冷卻1分鐘[2]。

二、開短路測試機測試的目的

對芯片進行開短路測試分析如下：

（1）測試機開機。連接測試機電源，額定電壓為220V。測試機背面從上至下分別有一個綠色按鈕，以及一個紅色按鈕。紅色按鈕為測試機總電源開關，并且直接是測試機電腦的開關，綠色按鈕為測試機內部測試板子的開關。首先按下紅色按鈕，給測試機上電，測試機電腦也自動開啟，然后按下綠色開關，給測試機內部的測試板子上電，此時測試機前面的Power燈變亮[3]。（2）測試軟件的開啟。雙擊桌面上MUTEx5.8圖標，進入MUT測試系統的軟件主界面測試機狀況的確認測試系統軟件界面的右側有顯示硬件狀態的 Hardware State，在程序開啟時會自我檢測。8253 Check，8255 Check， DAC/ADC Check三個綠燈同時亮起時表示測試機硬件狀況完好。只要其中的某一項有紅燈亮起，表示目前測試機有問題，要檢查電源和連線[4]。（3）測試系統連接。首先從柜子中拿取相應的測試板，然后用排線連接測試機和測試板。選用的排線一端是64口用于連接測試板，另一端是兩個32口用于連接測試機。測試機上排線的插槽從左到右分別標為1，2，3、、、測試板上排線的插槽也從左到右邊排列，分別記為一，二，三、、、在連接時測試板上的第一個插槽對應連接的是測試機上1，2兩個插槽，測試板子上第二個插槽對應連接的是測試機上3，4兩個插槽，其余以此類推。排線邊上有紅色線標識，這是對應的第一腳標識。將排線連接測試機時需要注意的是，每條排線上的兩個32口的排線插頭的插法順序是帶紅色線標識插在不帶紅色線標識的左邊。在插排線時注意的是接口有防插錯功能，注意要用正確的方向插排線，插排線時接口要插緊。（4）在Auto Learning中確認測試板。打開測試板上的Socket，放入短路測試用的銅片，蓋上Socket的蓋子，旋緊旋鈕，確保Socket底部的彈片與銅片充分接觸。關掉剛才Pin Assign界面，進入到主界面，單擊軟件界面上方O/S Test按鈕，進入Test的頁面。單擊Auto Learning，進入到Auto Learning的界面。在Pin-Assign File中選擇剛才創建對應的Pindef文件。然后單擊Start Learning，在界面右側查看結果。正常狀況下Short Group 中包含所有的引腳，如果有些引腳出現在了Open Group中，則要查看銅片是否接觸良好，以及排線是否連接完好。打開測試板上的Socket，拿出銅片（需要注意的是在所有測試結束后，要將銅片放回Socket，中，Socket合上，不用旋緊）。單擊Start Learning，正常狀況下Open Group中包含所有的引腳，如果有些引腳出現在了Short Group 中，則要進一步查找原因，是有否排線短路。如果以上兩個測試都是正常的，則測試板確認良好，可以進行下一步的操作。通過Auto Learning自動生成測試程序。（5）在Socket中放入金樣品。取出Socket中的銅片，放入金樣品。需要注意的是要對應好一腳的位置，合上Socket旋緊旋鈕，確保芯片的引腳和Socket中彈片完全接觸。（6）在Auto Learning 中自動生成測試程序。在AutoLearning界面右側，按照客戶要求填寫Current，Short Criteria，Open Criteria，Mariginal Limit，Main Test Type，Generate All Pass等測試條件。Start Pin填寫1，End Pin填寫最大的引腳數。Pin-Assigh File 選擇該金樣品對應的Pindef，單擊Start Learn查看右側數據，和客戶提供的Pinmap進行比對，看是否匹配。OPEN Group中引腳是否確實是沒有連接的，Short Group中的引腳是否確實是相互短路在一起的。（7）退出程序關機。測試完畢之后，將芯片從Socket中取出，將原來的銅片放入Socket中，合上Socket，不用旋緊。將排線從測試板上拔下，排線和測試機之間不用拔去，減少因插拔而產生的損壞。首先關閉電腦，然后關下測試機內部測試板子的電源，和總電源。

參考文獻：

[1]胡永芳，徐瑋，禹勝林.BGA封裝器件焊點缺陷X-射線檢測法[J].電子工藝技術，2005(06).

[2]胡強.一種適用于無鉛BGA的返修方法[J].電子工藝技術，2007(01).

[3]侯昌錦，王會芬，吳金昌.無鉛BGA枕頭缺陷的研究[J].電子工藝技術，2012(02).

[4]陳世金.SMT工藝中BGA焊接不良原因分析[J].電子工藝技術，2012(04).

[作者簡介]胡立波，教師，講師，江蘇商貿職業學院；徐志浩，教導員。