Bga芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及芯片焊点缺陷的检测方法技术领域，尤其是一种BGA芯片焊点缺陷逐点扫描测温检测方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
【发明内容】
[0005]本发明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。
[0006]为实现上述目的，本发明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°C ±3°C，则判断为合格焊点；若温升最高在25°C ±3°C，则判断为虚焊、气孔、裂纹、缺球缺陷；若温升最高在40°C ±3°C，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)。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]所述红外热像仪的空间分辨率高于50μπι，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。
[0010]所述激光器采用中心波长位于ιμπι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。
[0011]由上述技术方案可知，本发明的优点如下:第一，本发明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，本发明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，本发明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】
[0012]图1为本发明的检测示意图；
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】
[0013]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°C ±3°C，则判断为合格焊点，如图2、3所示；若温升最高在25°C ±3°C，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°C，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)。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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30的空间分辨率高于50Mm，红外热像仪30的成像速率大于等于50Hz，红外热像仪30的热灵敏度在0.