用自動焊線機實現(xiàn)BGA封裝和質(zhì)量檢測的案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u30840用自動焊線機實現(xiàn)BGA封裝和質(zhì)量檢測的案例分析 175331.1焊線機的演變和原理 1205751.2自動焊線機的優(yōu)點 1173521.3用焊線機實現(xiàn)BGA封裝 2122271.4BGA封裝過程中的缺陷和質(zhì)量檢測 41.1焊線機的演變和原理最初，人們通過手工去完成一些PCB的焊接。隨著集成電路的發(fā)展，PCB上的器件規(guī)格越來越小，超出了人工焊接的范圍。在此基礎(chǔ)上研發(fā)出半自動焊線機。然而半自動焊線機為手動焊線機的改裝機。生產(chǎn)效率很低，而且僅僅能夠完成規(guī)模較小的PCB焊接。遠遠滿足不了一些精密的IC芯片的焊接與封裝。在此基礎(chǔ)上，生產(chǎn)商研發(fā)出了自動焊線機以及高速自動焊線機。其演變過程如下圖。圖1.1.1焊線機的演變當前，比較先進的焊線機為超聲波自動焊線機。其利用超聲波機械振動產(chǎn)生的能量完成焊接。超聲波焊線機的優(yōu)點在于不會向器件輸送電流，同時也不會向一些精密的元件施加熱量。相對于傳統(tǒng)的熱熔焊線，超聲波焊線能夠保護芯片，防止溫度過高燒壞芯片。金屬材料在超聲波焊接時，通過將超聲波振動的能量轉(zhuǎn)化為材料之間的摩擦產(chǎn)生有限的溫度，使得兩種材料連接在一起。這種金屬有效的連接方式克服了焊接時由焊接材料過熱產(chǎn)生的飛濺和氧化現(xiàn)象。1.2自動焊線機的優(yōu)點目前，隨著自動化產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，使得自動焊線機的發(fā)展非常迅速。在集成電路領(lǐng)域，自動焊線機的市場非常廣泛，靠著操作簡單，工作穩(wěn)定度高以及焊接效率高的優(yōu)點深受廣大生產(chǎn)商的喜愛。全自動焊線機集合了XYZ軸平臺于一體，是由精密度非常高的光電設(shè)備和機電設(shè)備組合而成。它對設(shè)備要求很高，例如高響應(yīng)、低振動、高效率、穩(wěn)定的超聲輸出和打火系統(tǒng)。對于自動焊線機而言，最主要的難度是擺線的穩(wěn)定性和焊錫質(zhì)量的控制。在機器運行時，擺線安置的穩(wěn)定性如果不合格，那么在焊接過程中就會出現(xiàn)左右晃動的情況，最終導(dǎo)致焊接的產(chǎn)品不合格。圖1.2.1焊線機如上圖，相對于傳統(tǒng)的焊線機，自動焊線機有以下優(yōu)點：1可靠性高。2節(jié)約成本。3功耗低。4使用壽命長。5生產(chǎn)效率高。6焊接自動化。7焊接后導(dǎo)電性好。8焊接時間短。1.3用焊線機實現(xiàn)BGA封裝BGA封裝都是在一些精密的焊線機上完成的。使用焊線機時，需要打開電源和氣源，一般來說施加的氣壓在4-6Kg/cm2范圍內(nèi)。之后依次打開主電源和顯示器的開關(guān)。最后進行機臺的自檢，一般需要兩分鐘。一系列的操作后，自動焊線機就進入了待機狀態(tài)。下一步為機臺的調(diào)教。根據(jù)所要焊線的PCB規(guī)格對焊線機進行調(diào)整。一般分為安裝金絲，上料，軌道調(diào)整，進步調(diào)整，教讀程序，更換劈刀以及AutoBonding畫面幾個步驟。1安裝金絲。將金絲安置在滾軸上。用鑷子將金絲的后端連接到接地的裝置桿上，之后用鑷子將金絲首端按照線路安置好。2上料。將固好晶的材料放置到料盒內(nèi)，之后將料盒放置到升降定位槽中。3軌道和進步調(diào)整。在MHS參數(shù)設(shè)定中調(diào)整軌道，調(diào)整XYZ軸。之后調(diào)整進步，在Program中選擇MHS參數(shù)設(shè)定，調(diào)整LF單元的偏移量。4程序設(shè)定。按下INX鍵后，選擇進入Program界面，對無用的程序進行清理。之后對WH進行調(diào)整，設(shè)定熱壓板和XY軸工作臺的工作范圍。之后編輯程序單元的排列方式。最后進行測高和調(diào)整焊線的參數(shù)。5更換劈刀和焊線數(shù)量選擇。按下Chgcap鍵卸下廢舊的劈刀，換上新的劈刀。按下Enter鍵進行矯正。在前面板上“0”與“1”分別代表自動焊線以及只焊一條線?！?”，“5”，“6”分別代表切線，補焊和焊位中心同步矯正。經(jīng)過以上的大致調(diào)試，就可以進行焊線了，按下“0”鍵，機器進行工作。此時機器前面板上綠燈亮起。焊線如下圖。圖1.3.1焊線進程上圖為BGA封裝中的焊線過程。通過自動焊線機可以大幅度提高效率。使用焊線機之前需要對機器進行編程。通常是生產(chǎn)商根據(jù)先前設(shè)計好的電路圖，通過軟件轉(zhuǎn)化為編程語言寫入機器，從而實現(xiàn)了一臺焊線機可以焊接不同的PCB。如下圖。圖1.3.2顯示端的封裝圖上圖為PC上顯示的編程后的原理圖。在PC上利用相應(yīng)的軟件可以模擬焊接后PCB的性能。在焊線過程中要密切觀察前面板指示燈的狀態(tài)。綠燈表示正常工作，黃燈表示機器正常待機。若此時紅燈亮，那么焊接有誤或處于異常狀態(tài)，需要及時處理。1.4BGA封裝過程中的缺陷和質(zhì)量檢測BGA封裝以及成為了一種實用的，常見的，優(yōu)良的封裝技術(shù)。但是BGA封裝會隨著封裝設(shè)備，外界環(huán)境以及焊接技術(shù)的影響而產(chǎn)生不同程度上的問題和缺陷。BGA封裝后，對其的檢測難度和成本非常高。常見的封裝缺陷包括：芯片位置未對準，焊接后出現(xiàn)松動現(xiàn)象，焊接錫球短路，BGA焊球不均勻，焊球缺失以及焊球低于芯片的現(xiàn)象。因此，在焊接完成后，很難判斷焊接程度的好壞。因此，對于BGA封裝的檢測尤為重要。BGA的檢測分為生產(chǎn)間檢測和生產(chǎn)后檢測兩種類型。其中生產(chǎn)間檢測又包括目測和用X射線實時成像檢測。傳統(tǒng)的目測只能檢測基礎(chǔ)的邊界處的缺陷。如下圖。圖1.1.1顯微鏡下的封裝這種直觀的檢測通常檢測封裝邊緣的缺陷。對于其內(nèi)部只能依靠X射線獲取實時的成像檢測。檢測結(jié)果如下圖。圖1.1.2顯微鏡下的封裝的缺陷如上圖，可以直觀的看出封裝的邊界產(chǎn)生了誤焊，不同的焊接點由于一些原因焊接到了一起，封裝后芯片會出現(xiàn)邏輯錯誤。依靠X射線獲取實時的成像檢測能夠檢測芯片底部焊接的情況，及時的篩查焊點存在的問題，從而減少最終的生產(chǎn)成本。封裝后的芯片檢測難度相對較高。采用目測法是無法觀察到缺陷的。對于封裝后的檢測，一般采用整體的電氣測試、邊界掃描和X射線檢查。圖1.1.3未封裝的器件成像根據(jù)封裝前的芯片設(shè)置，在封裝后的檢測中課題剔除部分非必要的檢測。例如上圖中無引腳的觸電，在檢測過程中可以忽略。利用電器特性檢測，可以探索焊接是否開路和短路。開路時，焊點之間的電阻趨于無窮。而短路時，電