Ball Grid Array (BGA): Akzeptanzkriterien und fortgeschrittene Inspektionstechniken

11. November 2020

Ball Grid Array (BGA) entwickelte sich aus Pin Grid Array (PGA) PCB-Packaging. Technologie: Positionierung kleiner Kugeln in definiertem Muster auf Elektronikboards via Surface Mount Technology (SMT). Ersetzt zunehmend Dual-In-Line und Flat-Packaging. Obwohl Standard in modernem PCB-Packaging, nicht so breit akzeptiert wie andere Technologien. Zur Erfüllung der Akzeptanzkriterien ist BGA-Evaluation essenziell. Dieser Beitrag diskutiert Akzeptanzkriterien, Herausforderungen und Inspektionstechniken.

Akzeptanzkriterien für Ball Grid Array

BGA-Assembly/Packaging ist komplex – konventionelle Inspektion reicht nicht. Höhere Ausschussraten bei Herstellern. Trotz fehlender definierter Industriedokumentation zur Erfolgssteigerung helfen folgende Kriterien:

Akzeptanz bei minimalen Defekten. Geprüft auf folgende Fehler:

• Löt-Reflow-Profil: Angemessenes Thermomanagement. BGA-High-Density-Bereiche (viele Metallkugeln) erfordern kritisches Thermomanagement. Reflow-Spuren werden inspiziert.
• Interne Voids in Lötverbindungen: Darf 20 % des Kugeldurchmessers nicht überschreiten.
• Fehlausrichtungen (Misalignments)
• Fehlende Metallkugeln (Missing Balls)
• Nicht benetzte Pads (Non-wetted Pads)
• Teilweises Reflow (Partial Reflow)

Verschiedene BGA-Inspektionsmethoden

BGA-Evaluation deckt drei Inspektionstypen ab: Optisch, Mechanisch, Mikroskopisch.

• Optische Inspektion: Visuelles Testen. Bloßes Auge ungenügend → Endoskop-gestützte optische Inspektion.
• Mechanische Inspektion: Destruktiv. Externe Kräfte, Vibrationen, Stöße, elektrische Schwankungen. Tests: Schocktest, Scherbtest (Scrap Test).
• Mikroskopische Evaluation: Für Voids/Defekte < 10 µm. Eine oder mehrere Techniken:

• Röntgen-Laminografie (X-Ray Laminography): Für flache Oberflächen. Minimaler Kugelabstand → Test der Unterlagen-Uniformität. CCD-Kamera-Röntgenbilder aus diversen Winkeln → Oberflächenzustand.
• Standard-Durchstrahlungs-Röntgen (Standard Transmissive X-Ray): Testet potentielle Mikrodefekte. Mikro-Voids, Fehlausrichtungen prüfbar. Kugelrundheit, Konzentrizität, Pitch via Emissive X-Ray.
• Akustische Mikrobildgebung (Acoustic Micro-imaging): Nicht-destruktiv. Prüft Risse, Voids, Delamination an Oberfläche.

Für funktionierende BGA: Bezug von erfahrenen PCB-Fertigungs-Services wie Creative Hi-Tech. 20 Jahre PCB-Erfahrung, Support bei BGA-Assembly, Rework & Repair.

Weiterführende Blog-Beiträge:

• Schritte der BGA-Reparatur – Teil I
• Schritte der BGA-Reparatur – Teil II