BGA封装的焊球评测

BGA和CSP等阵列封装在过去十年里CAGR已增长了近25%，预计还将继续维持此增长率。同时，器件封装更加功能化，具有更高的I/O数量，更细的节距。很明显封装取得成功的关键因素是用来把器件连接到载体的底板上焊球的完善程度。但是，令人惊讶地是，目前还没有焊球质量的全球标准，封装公司只能依靠焊球厂商自己的分析来评价质量。

新型焊球生产法可提供一定质量水平的焊球，其可重复性和可控性用传统的制作方法是得不到的。评价焊球质量主要有三个主要标准：焊球的生产工艺、完成焊球的氧化程度和焊球的几何形状。所有这些条件都将影响BGA或CSP终端产品的良率、性能和可靠性。
 
 
新型焊球生产法提供可重复性和可控性更高的焊球

传统的焊球生产法包括切割细线或冲孔金属层得到小金属颗粒的机械工艺。颗粒落入热油池中，熔化为小圆焊料滴。当油冷却时，焊料滴固化成球状。此过程有其固有的局限性，因为每个机械操作都对颗粒增加了一定量的尺寸和一致性的偏差，产生不能接受的累积效应，导致粗糙的尺寸偏差。
 
影响焊球性能的另一个因素是众所周知的缺陷效应。简单地说就是氧化作用。大家都知道焊球在操作、存储和运输过程中，由于彼此以及与容器壁的碰撞会变黑。氧化作用如果严重，同时由于流量不足或氧化层太厚在回流中得不到改善，就会对生产非常不利。这些都会在焊球和其相连的衬底焊盘间引起不充分的焊接。很明显，减少氧化对工艺将是非常重要的。
    　
最后但同样重要的影响因素是焊球的几何尺寸、直径和圆度。大多数焊球供应商采用x和y两个方向测量其焊球的直径。这不是最佳的，因为很容易错过最大的和最小的焊球直径。圆度也是一个需要考虑的因素，但只有极少的焊球供应商考虑到。
    　
性能最好的焊球应该几乎是圆的。球的几何尺寸很重要。首先，如今焊球的淀积设备很精确，任何古怪形状的焊球可能会引起设备发生障碍，从而大大影响产量。第二，如果在相同的BGA上使用了不同直径的焊球并且差别很大，那就会引起共面问题。
        
如前所述，我们开发出了一种可消除几乎所有问题的焊球制作方法，能制作出很圆的焊球，该焊球具有一致的、可重复的直径和特别薄的氧化层。此工艺是Henkel的专利，采用了专利的机械喷射工艺和革新的分类法，具有更高的质量控制、很低的杂质（氧化作用）和优秀的共面性。为了解决氧化作用这个共同问题，我们开发了Accurus的工艺以减少表面的氧气量，从而最小化缺陷效应并增加焊球板的寿命。

 
焊锡球不同的直径将导致共面问题

采用一些独特的方法也能解决直径和圆度问题。我们相信两种测量焊球直径的方法不够简单。对Multicore Accurus 焊球，至少需要测量10次，有时甚至更多。最终球的直径是多次测量的平均值。另外，圆度值(R)由测量球的直径得到的最大值和最小值之间平均确定的。通常，当R值小于0.033时，可以认为球圆度系数是良好的。

注：本文作者Mark Currie 和 Henry Wang供职于Henkel电子集团