虽然 BGA 技术在某些方面有所突破  ，但并非是十全十美的 。 由于 BGA 封装技术是一种新型封装技术  ，与 QFP 技术相比  ，有许多新技术指标需要得到控制 。 另外  ，它焊装后焊点隐藏在封装之下  ，不可能 100 ％目测检测表面安装的焊接质量  ，为 BGA 安装质量控制提出了难题 。 下面就国内外对这方面技术的研究、开发应用动态作些介绍和探讨 。

1 BGA 焊前检测与质量控制

生产中的质量控制非常重要  ，尤其是在 BGA 封装中  ，任何缺陷都会导致 BGA 封装元器件在印制电路板焊装过程出现差错  ，会在以后的工艺中引发质量问题 。 封装工艺中所要求的主要性能有 : 封装组件的可靠性；与 PCB 的热匹配性；焊料球的共面性；对热、湿气的敏感性；是否能通过封装体边缘对准性  ，以及加工的经济性等 。 需指出的是  ， BGA 基板上的焊球无论是通过高温焊球（ 90Pb/10Sn ）转换  ，还是采用球射工艺形成  ，焊球都有可能掉下丢失  ，或者形成过大、过小  ，或者发生焊料桥接、缺损等情况 。 因此  ，在对 BGA 进行表面贴装之前  ，需对其中的一些指标进行检测控制 。

英国 Scantron 公司研究和开发的 Proscan1000, 用于检查焊料球的共面性、封装是否变形以及所有的焊料球是否都在 。 Proscan1000 采用三角激光测量法  ，测量光束下的物体沿 X 轴和 Y 轴移动  ，在 Z 轴方向的距离  ，并将物体的三维表面信息进行数字化处理  ，以便分析和检查 。 该软件以 2000 点 /s 的速度扫描 100 万个数据点  ，直到亚微米级 。 扫描结果以水平、等量和截面示图显示在高分辩率 VGA 监视器上 。 Prosan1000 还能计算表面粗糙度参数、体积、表面积和截面积 。

2 BGA 焊后质量检测

使用球栅阵列封装（ BGA ）器给质量检测和控制部门带来难题：如何测试焊后安装质量 。 由于这类器件焊装后  ，检测人员不可能见到封装材料下面的部分  ，从而使用目检焊接质量成为空谈 。 其它如板截芯片（ OOB ）及倒装芯片安装等新技术也面临着同样的问题 。 而且与 BGA 器件类似  ， QFP 器件的 RF 屏蔽也挡住了视线  ，使目检者看不见全部焊点 。 为满足用户对可靠性的要求  ，必须解决不可见焊点的检测问题 。 光学与激光系统的检测能力与目检相似  ，因为它们同样需要视线来检测 。 即使使用 QFP 自动检测系统 AOI(Automated Optical Inspection) 也不能判定焊接质量  ，原因是无法看到焊接点 。 为解决这些问题  ，必须寻求其它检测办法 。 目前的生产检测技术有电测试、边界扫描及X 射线检测 。

2.1 电测试

传统的电测试是查找开路与短路缺陷的主要方法 。 其唯一目的是在板的预置点进行实际的电连接  ，这样便可以提供使信号流入测试板、数据流入 ATE 的接口 。 如果印制电路板有足够的空间设定测试点  ，系统也可检查器件的功能 。 测试仪器一般由微机控制  ，检测每块 PCB 时  ，需要相应的针床和软件 。 对于不同的测试功能  ，该仪器可提供相应工作单元来进行检测 。 例如  ，测试二极管、三极管直流电平单元；测试电容、电感时用交流单元；而测试低数值电容、电感及高阻值电阻时用高频信号单元 。 但在封装密度与不可见焊点数量都大量增加时  ，寻找线路节点则变得昂贵、不可靠 。

2.2 边界扫描检测

边界扫描技术解决了一些与复杂器件及封装密度有关的问题 。 采用边界扫描技术  ，每一个 IC 器件设计有一系列寄存器  ，将功能线路与检测线路分离开  ，并记录通过器件的检测数据 。 测试通路检查 IC 器件上每一个焊接点的开路、短路情况 。 基于边界扫描设计的检测端口  ，通过边缘连接器给每个焊点提供一条通路  ，从而免除全节点查找的需要 。 尽管边界扫描提供了比电测试更广的不可见焊点检测范围  ，但也必须为扫描检测专门设计印制电路板与 IC 器件 。 电测试与边界扫描检测主要用以测试电性能  ，却不能较好地检测焊接质量 。 为提高并保证生产过程中的质量  ，必须寻找其它方法来检测焊接质量  ，尤其是不可见焊点的质量 。

2.3 X 射线测试

另一种检测方法是 X 射线检测法  ，换言之  ， X 射线透视图可显示焊接厚度、形状及质量的密度分布 。 厚度与形状不仅是反映长期结构质量的指标  ，在测定开路、短路缺陷及焊接不足方面  ，也是很好的指标 。 此技术有助于收集量化的过程参数并检测缺陷 。 在今天这个生产竞争的时代  ，这些补充数据有助于降低新产品开发费用  ，缩短投放市场的时间 。

（1）X 射线图像检测原理

X 射线由一个微焦点 X 射线管产生  ，穿过管壳内的一个铍窗  ，并投射到试验样品上 。 样品对 X 射线的吸收率或透射率取决于样品所包含材料的成分与比率 。 穿过样品的 X 射线轰击到 X 射线敏感板上的磷涂层  ，并激发出光子  ，这些光子随后被摄像机探测到  ，然后对该信号进行处理放大  ，由计算机进一步分析或观察 。 不同的样品材料对 X 射线具有不同的不透明系数见表1. 处理后的灰度图像显示了被检查的物体密度或材料厚度的差异 。

（2）人工 X 射线检测

使用人工 X 射线检测设备  ，需要逐个检查焊点并确定其是否合格 。 该设备配有手动或电脑转辅助装置使组件倾斜  ，以便更好地进行检测和摄像 。 详细定义的标准或目视检测图表可指导评估图像 。 但通常的目视检测要求培训操作人员  ，并且容易出错 。 此外  ，人工设备并不适合对全部焊点进行检测  ，而只适合工艺鉴定和工艺故障分析 。

（3）自动检测系统

全自动系统能对全部焊点进行检测 。 虽然已定义了人工检测标准  ，但全自动系统的复测正确度比人工 X 射线检测方法高得多 。 自动检测系统通常用于产量高且品种少的生产设备上  ，具有高价值或要求可靠性的产品也需要进行自动检测 。 检测结果与需要返修的电路板一起送给返修人员 。 这些结果还能提供相关的统计资料  ，用于改进生产工艺 。 自动检测系统需要设置正确的检测参数 。 大多数新系统的软件中都定义了检测指标  ，但必须重新制订  ，要适应以生产工艺中所特有的因素 。 否则可能错误的信息并且降低系统的可靠性 。

自动 X 射线分层系统使用了三维剖面技术 。 该系统能够检测单面板和双面板表面贴装电路板  ，而没有传统的 X 射线系统的局限性 。 系统通过软件定义了所要检查焊点的面积和高度  ，把焊点剖成不同的截面  ，从而为全部检测建立完整的剖面图 。

目前已有两种检测焊接质量的自动测试系统统上市：传输 X 射线测试系统与断面 X 射线自动测试系统 。 传输 X 射线系统源于 X 射线束沿通路复合吸收的特性 。 对 SMT 的某些焊接  ，如单面 PCB 上的 J 型引线与细间距 QFP  ，传输 X 射线系统是测定焊接质量最好的方法  ，但它却不能区分垂直重叠的特征 。 因此  ，传输 X 射线透视图中  ， BGA 器件的焊缝被其引线的焊球遮掩 。 对于 RF 屏蔽之下的双面密集型 PCB 及元器件的不可见焊接  ，也存在这类问题 。

断面 X 射线测试系统克服了传输 X 射线测试系统的众多问题 。 它设计了一个聚焦断面  ，并通过使目标区域上下平面散焦的方法  ，将 PCB 的水平区域分开 。 该系统的成功在于只需较短的测试开发时间  ，就能准确检测出焊接缺陷 。 就多数线路板而言  ， " 无夹具 " 也有助于减少在产品检测上所花的精力 。 对于小体积的复杂产品  ，制造厂商最好使用断面 X 射线测试系统 。 虽然所有方法都可检查焊接点  ，但断面 X 射线测试系统提供了一种非破坏性的测试方法  ，可检测所有类型的焊接质量  ，并获得有价值的调整组装工艺的信息 。

（4）选择合适的 X 射线检测系统

选择适合实际生产应用的 。 有较高性能价格比 X 射线检测系统以满足质量控制需要是一项十分重要的工作 。 最近较新的超高分辩率 X 射线系统在检测及分析缺陷方面已达微米水平  ，为生产线上发现较隐蔽的质量问题（包括焊接缺陷）提供了较全面的、也比较省时的解决方案 。 在决定购买检测 X 射线系统之前 。 一定要了解系统所需的最小分辩率  ，见表 2 。 与些同时也就决定了所要购置的系统的大致价格 。 当然  ，设备放置、人员配备等因素也要在选购时全盘考虑 。

3 结束语

随着 BGA 封装器件的出现并大量进入市场  ，针对高封装密度、焊点不可见等特点  ，电子厂商为控制 BGAs 的焊装质量  ，需充分应用高科技工具、手段  ，努力掌握和大力提高检测技术水平 。 使用新的工艺方法能有与之相适应、相匹配的检测手段 。 只有这样  ，生产过程中的质量问题才能得到控制中 。 而且  ，把检测过程中反映出来的问题反馈到生产工艺中去加以解决  ，将会使生产更加顺畅  ，减少返修工作量 。