BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法技术

本发明专利技术涉及一种BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法，包括：将BGA芯片固定在三维移动平台上；将红外热像仪固定在与三维移动平台的z轴相连的支撑架上；采用入射角度可调的支架固定激光器；使激光器的激光束斑对准BGA芯片的基底上的待测焊盘进行预热；对待测焊盘进行加热；若温升最高为55℃±3℃，则判断为合格焊点；若温升最高在25℃±3℃，则判断为虚焊、气孔、裂纹、缺球缺陷；若温升最高在40℃±3℃，则判断为桥连；调整三维移动平台的x轴或y轴，使得激光器的激光束斑对准BGA芯片的基底上的下一个待测焊盘。本发明专利技术采用较小的激光束斑直径进行逐点扫描测温的检测方法，具有无损、缺陷辨识度高、判断直观简洁特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及芯片焊点缺陷的检测方法
，尤其是一种BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法。
技术介绍
球栅阵列(BGA)适应了电子产品便携式及小型化方向发展的趋势，成为目前电子封装技术的主流。然而，由于BGA芯片焊点都隐藏在器件体下，焊点缺陷的检测和失效分析都比较困难。焊点由于外部环境或者本身焊接问题引发的不良统称为焊点失效，包括焊接过程中出现的焊接偏位、桥连以及内部的气孔、虚焊、裂纹等缺陷。研究表明，电子器件失效70%以上是由于封装及组装失效引起的，因此电子设备的可靠性常归根于焊点的可靠性。常用的非破坏性焊点缺陷的检测方法主要有：光学视觉检测、扫描超声显微镜检测和X射线透射检测。其中，光学视觉检测主要通过光学显微镜、立体显微镜或金相显微镜检查PCB外观，寻找失效部位及相关物证，主要用来检测倒装芯片焊接前的工艺缺陷，可以实时在线检测焊点缺陷和共面性，但不适用于焊接后隐藏的焊点缺陷检测；扫描超声显微镜检测分辨率与超声频率相关，频率越高，精度越高，而高频往往意味着穿透深度大大减小，而且对缺陷进行定性、定量判断尚存在困难，最主要不足是检测需要耦合介质，通常是去离子水；X射线检测设备比较昂贵，检测时间长，效率低，X射线会损坏被测样品，对虚焊裂纹情况无法检出，并且对人体是有害的，需要操作者具有较强经验。综上所述，现有的检测技术无法满足实际生产的需要，因此研发一种可靠的BGA芯片焊点缺陷的检测方法具有重大现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有无损、缺陷辨识度高、判断直观简洁、适用检测范围广的BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：（1）采用载物支架将BGA芯片固定在三维移动平台上，使BGA芯片水平放置；（2）将红外热像仪固定在与三维移动平台的z轴相连的支撑架上，使红外热像仪位于BGA芯片的芯片所在一侧，在z方向上移动调焦、定位，保证被测BGA芯片的焊球区域在视野范围内；（3）采用入射角度可调的支架固定激光器，使激光器位于BGA芯片的基底所在一侧；（4）使激光器的激光束斑对准BGA芯片的基底上的待测焊盘进行预热，直至在PC机上观察到热像图；（5）调整激光器的加热功率和脉冲时间，对经过预热的待测焊盘进行加热，红外热像仪实时检测BGA芯片焊球区域的温升过程，同时拍摄温升最高点的热像图并发送至PC机；（6）PC机对接收到的数据进行处理，得到温升曲线和热像图，在激光器的加热功率和脉冲时间不变的情况下，若温升最高为55℃±3℃，则判断为合格焊点；若温升最高在25℃±3℃，则判断为虚焊、气孔、裂纹、缺球缺陷；若温升最高在40℃±3℃，则判断为桥连；（7）调整三维移动平台的x轴或y轴，使得激光器的激光束斑对准BGA芯片的基底上的下一个待测焊盘，返回步骤（4）。当温升曲线接近时，根据热像图热点区的不同来判别缺陷：在缺球，大裂纹，大气孔情况下，热传导路径被截断或接近截断时，红外热像仪所摄取的芯片相应位置基本无温升现象；当被测焊点有明显桥连时，红外热像仪所摄取的BGA芯片相应位置会有两个或多个温升区。所述三维移动平台的x轴或y轴的行程为300mm，步距为1mm；三维移动平台的z轴的行程为60mm，步距为0.5mm。所述红外热像仪的空间分辨率高于50μm，红外热像仪的成像速率大于等于50Hz，红外热像仪的热灵敏度在0.1K以下。所述激光器采用中心波长位于1μm以下近红外波段的半导体激光器，所述激光器进行预热时，其加热功率为1W，脉冲时间为0.2s；所述激光器进行加热时，其加热功率在1～5w可调，脉冲时间为0.2～2s可调，激光器的激光束斑直径小于待测焊盘的直径，且为0.2～2mm可调。由上述技术方案可知，本专利技术的优点如下：第一，本专利技术可以对焊接后隐藏的焊点缺陷进行检测，适用于倒装芯片特别是BGA芯片焊点缺陷的检测；第二，本专利技术可以通过比较温升曲线判断缺球、虚焊、裂纹、气孔等缺陷，无需耦合介质；第三，本专利技术采用较小的激光束斑直径进行逐点扫描测温的检测方法，具有无损、缺陷辨识度高、判断直观简洁特点。附图说明图1为本专利技术的检测示意图；图2为合格焊点的检测示意图；图3为合格焊点的温升曲线；图4为缺球、虚焊、裂纹、气孔等有缺陷的焊点检测示意图；图5为缺球、虚焊、裂纹、气孔有缺陷焊点的温升曲线；图6为桥连缺陷的检测示意图；图7为桥连缺陷焊点的温升曲线；图8为同类合格、存在缺球、虚焊、裂纹、气孔等焊球缺陷、桥连焊点三者的温升曲线对比图；图9为合格焊点的热成像图；图10为缺球、大裂纹等缺陷焊点的热成像图；图11为桥连焊点的热成像图。具体实施方式如图1、8所示，一种BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：（1）采用载物支架将BGA芯片10固定在三维移动平台上，使BGA芯片10水平放置；（2）将红外热像仪30固定在与三维移动平台的z轴相连的支撑架上，使红外热像仪30位于BGA芯片10的芯片14所在一侧，在z方向上移动调焦、定位，保证被测BGA芯片10的焊球13区域在视野范围内；（3）采用入射角度可调的支架固定激光器20，使激光器20位于BGA芯片10的基底11所在一侧；（4）使激光器20的激光束斑对准BGA芯片10的基底11上的待测焊盘12进行预热，直至在PC机上观察到热像图；（5）调整激光器20的加热功率和脉冲时间，对经过预热的待测焊盘12进行加热，红外热像仪30实时检测BGA芯片10焊球13区域的温升过程，同时拍摄温升最高点的热像图并发送至PC机；（6）PC机对接收到的数据进行处理，得到温升曲线和热像图，在激光器20的加热功率和脉冲时间不变的情况下，若温升最高为55℃±3℃，则判断为合格焊点，如图2、3所示；若温升最高在25℃±3℃，则判断为虚焊、气孔、裂纹、缺球缺陷，如图4、5所示；若温升最高在40℃±3℃，则判断为桥连，如图6、7所示；（7）调整三维移动平台的x轴或y轴，使得激光器20的激光束斑对准BGA芯片10的基底11上的下一个待测焊盘12，返回步骤（4）。所述温升曲线是加热响应区的温升曲线，也就是激光加热焊盘12，热传导到芯片14一侧，由红外热像仪30检测所对应的芯片14区域的温升曲线，所以称为芯片加热响应区温升曲线，简称温升曲线。所述BGA芯片10包括基底11、焊球13和芯片14，基底11上焊接铜焊盘15，焊盘12、铜布线15、焊球13三者焊接在一起，焊球13的下表面焊接在芯片14上。当温升曲线接近时，根据热像图热点区的不同来判别缺陷：在缺球，大裂纹，大气孔情况下，热传导路径被截断或接近截断时，红外热像仪30所摄取的芯片14相应位置基本无温升现象；当被测焊点有明显桥连时，红外热像仪30所摄取的BGA芯片10相应位置会有两个或多个温升区。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：（1）采用载物支架将BGA芯片固定在三维移动平台上，使BGA芯片水平放置；（2）将红外热像仪固定在与三维移动平台的z轴相连的支撑架上，使红外热像仪位于BGA芯片的芯片所在一侧，在z方向上移动调焦、定位，保证被测BGA芯片的焊球区域在视野范围内；（3）采用入射角度可调的支架固定激光器，使激光器位于BGA芯片的基底所在一侧；（4）使激光器的激光束斑对准BGA芯片的基底上的待测焊盘进行预热，直至在PC机上观察到热像图；（5）调整激光器的加热功率和脉冲时间，对经过预热的待测焊盘进行加热，红外热像仪实时检测BGA芯片焊球区域的温升过程，同时拍摄温升最高点的热像图并发送至PC机；（6）PC机对接收到的数据进行处理，得到温升曲线和热像图，在激光器的加热功率和脉冲时间不变的情况下，若温升最高为55℃±3℃，则判断为合格焊点；若温升最高在25℃±3℃，则判断为虚焊、气孔、裂纹、缺球缺陷；若温升最高在40℃±3℃，则判断为桥连；（7）调整三维移动平台的x轴或y轴，使得激光器的激光束斑对准BGA芯片的基底上的下一个待测焊盘，返回步骤（4）。...

【技术特征摘要】
1.一种BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）采用载物支架将BGA芯片固定在三维移动平台上，使BGA芯片水平放置；
（2）将红外热像仪固定在与三维移动平台的z轴相连的支撑架上，使红外热像仪位于BGA芯片的芯片所在一侧，在z方向上移动调焦、定位，保证被测BGA芯片的焊球区域在视野范围内；
（3）采用入射角度可调的支架固定激光器，使激光器位于BGA芯片的基底所在一侧；
（4）使激光器的激光束斑对准BGA芯片的基底上的待测焊盘进行预热，直至在PC机上观察到热像图；
（5）调整激光器的加热功率和脉冲时间，对经过预热的待测焊盘进行加热，红外热像仪实时检测BGA芯片焊球区域的温升过程，同时拍摄温升最高点的热像图并发送至PC机；
（6）PC机对接收到的数据进行处理，得到温升曲线和热像图，在激光器的加热功率和脉冲时间不变的情况下，若温升最高为55℃±3℃，则判断为合格焊点；若温升最高在25℃±3℃，则判断为虚焊、气孔、裂纹、缺球缺陷；若温升最高在40℃±3℃，则判断为桥连；
（7）调整三维移动平台的x轴或y轴，使得激光器的激光束斑对准BGA芯片的基底上的下一个待测焊盘，返回步骤（4）。
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【专利技术属性】
技术研发人员：邱颖霞，闵志先，林文海，胡骏，孙晓伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34