0 引言

随着电子产品生产工艺技术的飞速发展，印刷线路组装板 （PCBA） 的结构变得越来越复杂。作为整个系统的关键子部件，PCBA对整套系统的质量与可靠性起着决定性的作用；而作为整个PCBA中最重要的封装元件之一的焊球阵列封装 （BGA:Ball Grid Array）器件又对PCBA的质量与可靠性起着至关重要的作用，因此，分析、解决BGA的失效模式并制定相应的预防措施就显得尤为重要。

BGA是在封装体的基板底部制作成阵列焊球作为电路的I/O端与PCB相互连接，采用该项技术封装的器件是一种表面贴装器件 [1]。BGA封装按照封装材料的不同可以分为以下几种:塑料封装的BGA（PBGA:plastic BGA）、陶瓷封装的BGA（CBGA:ceramic BGA）、陶瓷柱状封装的 BGA（CCBGA:ceramic column BGA）、载带状封装的BGA （TBGA:tape BGA） 和CSP （ship scale package或μBGA） [2]。而PBGA由于具有封装成本低、与PCB板的热匹配性好、焊接过程中焊球具有自对准作用和电性能良好等优点而成为了应用得最为广泛的一类；然而，由于此类封装对环境中的湿气敏感，因此焊接点都在元件本体下方，从而导致焊接后的质量检测和失效分析都非常困难，进而导致焊点的可靠性问题 [3]变成了BGA应用的瓶颈因素之一。本文利用X-Ray检测、染色渗透检测、金相切片和声学扫描分析等方法对BGA封装器件的失效现象进行了详细的分析，找到了BGA器件的失效原因，对于避免类似失效现象，保证器件的质量具有重要的意义。

1 BGA器件失效描述

在测试时发现某一批次的电路板功能不良，不良率达到了100%，经过查找发现是该电路板上的BGA封装器件不良造成的，更换其他批次的器件后电路板工作正常。待分析的样品的外观如图1所示。

图1 待分析器件外观

2 BGA器件失效分析

2.1 X-Ray检测

X-Ray检测设备是检查BGA器件焊接质量的常用设备，X-Ray可以快速、准确地检查出BGA焊接中出现的短路、空洞、错位和缺球等不良情况的结果。使用X-Ray对样品进行检测，所得到的结果如图2所示。在器件中央区域 （5焊球×5焊球）的焊点区域中，均发现存在焊点尺寸及形状不一致、焊点短路和存有锡珠的不良现象；四周的区域中的焊点普遍存在空洞 [4]，个别焊点的空洞率超过25%。通过查询Gerber发现，中央区部分在焊盘与走线之前全部是短接的，因此不会造成功能性不良；个别焊点的空洞比较大，但不会导致100%功能不良。

图2 X-Ray检测结果

2.2 染色渗透检测

首先，对不良BGA焊点进行染色渗透试验（BGA焊点染色渗透结果示意图如图3所示）；然后，分离器件与PCB，观察发现BGA有2个焊点有小于50%的面积染色，说明这些焊点在染色试验前存在局部开裂，开裂的界面发生在焊料球与PCB焊盘之间，染色渗透的结果如图4所示。

图3 染色示意图

图4 染色渗透的结果

2.3 金相分析

通过对不良品上的BGA器件进行声学扫描分析，发现所有器件的塑封料与器件载板之间均存在明显的分层现象，如图7所示。

图5 金相分析结果

2.4 BGA焊点高度测试

微生物处理高盐废水可以一定程度满足低成本，几乎无污染的要求。但是盐度变化大以及高盐度都会一定程度上抑制未驯化的微生物以及破坏代谢功能，导致微生物的降解能力减弱，显著降低高盐度废水中有机物以及氮的去除效率，从而使得微生物的絮凝效果明显变差。适当浓度的含盐量在加入经过高盐驯化后的微生物后可以一定程度增加污泥的絮凝性，过程中也不会降低处理废水有机物的效率以及脱氮的效率并且可以一定程度提高污泥的絮凝性。宋晶等[36]研究发现，污泥驯化后的嗜盐菌具有较高的活性，表明处理高盐废水时分离筛选嗜盐菌技术是可行的。

测量BGA焊点截面焊点高度，所得到的结果如图6所示。从图6中的数据可以看出，中央区域的焊点明显呈现 “下凹”状态，焊点高度差达到了133 μm。

图6 焊点高度测试结果

2.5 声学扫描

对BGA器件的1～6号位置进行镶嵌、打磨、微蚀，使用金相显微镜进行观察、分析，所得到的结果如图5所示。通过观察和分析发现，IMC的厚度为3.5 μm，而过厚的IMC会增加焊点的脆性，降低机械强度 [5]；器件塑封料与载板存在局部分层，在分层集中的中央焊点区域，载板下方的焊点高度明显很低，部分焊点短路；分层区域还出现了引线与键合点被拉开的不良现象。

图7 声学扫描结果

以上结果表明，BGA器件内部塑封料与载板之间发生了严重的分层，甚至导致了引线和键合点之间断裂，电路板功能失效是因为BGA器件内部分层所导致的。

3 结论

BGA器件内部分层是因为器件吸收了环境中的湿气，导致内部吸潮的器件在焊接过程中受热膨胀而造成 “爆米花”效应，造成器件功能失效；另一方面，由于器件膨胀的原因，挤压器件下方的焊点而造成焊点短路。

随着数字图像处理技术和计算机图像处理软件功能的日益强大,越来越多的非专业人士可以轻易地篡改图像内容,使得公众难以判断图像信息的完整性和真实性。因此，数字图像取证技术的研究变得尤其重要,并成为了当前研究的热点。本文通过对不同的篡改算法结果进行分析，设计了一种能够对各种篡改算法具有较强鲁棒性的检测算法。

选用New Focus公司的可调谐激光器作为激光光源,该激光器具有优越的光学特性,1 520 nm～1 570 nm 连续可调,可以满足对平面环形微腔传输特性的测试。如图8所示,将激光器与可调谐激光控制器配合使用,作为系统输入光源,设定扫描范围为1 520 nm～1 570 nm,为提高测试精度,将扫描步长设置为0.1 nm/s。

4 结束语

BGA封装满足了电子产品向多功能、高性能、小型化和轻型化方向发展的需求，但是在生产加工方面对环境湿气的要求比较苛刻，必须采取有效的管控方法才能保证产品的质量。

参考文献：

[1]杨兵，刘颖.BGA封装技术 [J].电子与封装， 2003， 3 （4）:6-14； 27.

[2]黄幼秦.BGA元器件及其返修工艺[J].印制电路与贴装， 2001（8）:41-43.

[3]WU SX， CHIN J， GRIGORICH T， et al.Reliability analysis for fine pitch BGA package[C]//Proceeding of Electronic Componentand Technology Conference， 1998:737-741.

[4]冯勇峰.BGA检测技术与质量控制 [J].电子工艺技术，2000 （1）:17-19.

[5]顾永莲.球栅阵列封装焊点的失效分析及热应力模拟[D].成都:电子科技大学，2005.