CN101846601B - 球栅阵列封装切片试块的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制作球栅阵列封装切片试块的方法，该方法依次包括如下步骤：从PCBA板的选定位置切割BGA切片；在模具中固定BGA切片，并且填充可固化树脂；第一砂纸研磨；第二砂纸研磨；第一IPA超声波清洗；第一金刚石抛光液抛磨；第二IPA超声波清洗；以及第二金刚石抛光液抛磨，其中所述第一IPA超声波清洗和所述第二IPA超声波清洗的清洗时间均为4至6分钟。该方法能够实现在BGA切片抛磨过程中易于清除抛磨残渣和污物，而避免BGA切片表面产生划痕或凹坑，进而提高切片的金相显微镜检测质量。

Description

球栅阵列封装切片试块的制作方法

技术领域

本发明涉及一种球栅阵列封装切片试块的制作方法。

背景技术

随着电子产品日新月异的发展，为了更加小型化、轻量化、强功能和高可靠性，要求随之发展相应的封装技术，因此产生且正在高速发展球栅阵列封装(Ball Grid Array Package，BGA)。BGA的优点主要为：具有更多的I/O；易于组装；自感和互感小；体积小。然而，正因为具有这样的优点，同时也带来相应的缺点。其缺点之一是焊点的检测相对困难。目前对BGA的检测多为两种，即X光检测和切片检测。前者为常规检测，适合于宏观的检测，重点检查元件的焊接是否良好，即焊接是否有短路、空焊，元件是否有偏移；后者是对焊点分析性质的破坏性检测方法，主要检测焊点是否有虚焊或焊缝等微观的缺陷。

BGA切片试块的制作，多采用将切片固定在模具中，然后对其填充例如环氧树脂的可硬化树脂，待可硬化树脂硬化后，进行抛磨至预定的检测位置。现有技术的BGA切片试块制作包括如下步骤：从印刷电路板组件(以下简称PCBA板)的选定位置切割BGA切片；在模具中固定BGA切片，并且填充可固化树脂；粗砂纸研磨；细砂纸研磨；金刚石抛光液抛磨；以及精细金刚石抛光液抛磨。这样制作出来的切片试块，例如，通过金相显微镜检测，来对检测点的状况进行判断。然而，因为BGA焊点排列密集，所以在填充可硬化树脂时难于填充所有的缝隙。由于未填充缝隙的存在，在抛磨过程中，缝隙中会滞留大量的抛磨残渣和污物。这样的抛磨残渣和污物会在后期的抛光过程中不断渗出，在切片表面上造成划痕或凹坑。为了在抛磨过程中清除抛磨残渣和污物，需要花上大量的时间进行人工清理，且难于取得理想的切片试块。图10给出了采用现有技术制作的切片试块在电子显微镜下拍摄的照片。其上的黑色凹坑与焊接缺陷混杂在一起，难以区分是抛磨过程中产生的凹坑还是焊接缺陷。

发明内容

为此，本发明要解决的技术问题是提供一种球栅阵列封装切片试块的制作方法，该方法能够实现在切片试块抛磨过程中易于清除抛磨残渣和污物，而避免切片表面产生划痕或凹坑，进而提高切片的金相显微镜检测质量。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的球栅阵列封装切片试块的制作方法包括这样的步骤：从PCBA板的选定位置切割BGA切片；在模具中固定BGA切片，并且填充可固化树脂；待可硬化树脂硬化后的第一砂纸研磨；第一砂纸研磨后的第二砂纸研磨；第一超声波清洗；第一金刚石抛光液抛磨；第二超声波清洗；以及第二金刚石抛光液抛磨，其中所述第一超声波清洗和所述第二超声波清洗的清洗时间均优选为4至6分钟，更优选均为5分钟。

作为本发明的优选方式，所述在模具中固定BGA切片包括采用卷绕式塑料平衡夹或双面胶带固定该BGA切片。因为模具的形状为圆柱状，类似于烧杯的容器，而BGA切片的形状根据检测位置的不同多为不规则形状，且BGA切片应当竖立在模具中，所以通过卷绕式塑料平衡夹或双面胶带将该BGA切片固定在模具中所占空间很小，且不影响其后的填充可硬化树脂的操作。对于较小的BGA切片，优选采用双面胶带固定；对于较大的BGA切片，优选采用卷绕式塑料平衡夹固定。

作为本发明的另一种优选方式，所述填充可硬化树脂包括填充活性环氧树脂或光敏硬化树脂。填充活性环氧树脂后经过大约4个小时的自然固化，或者填充光敏硬化树脂后经过光照，这些树脂被硬化，于是形成由活性环氧树脂或光敏硬化树脂围绕BGA切片而形成的BGA切片试块毛坯，其形状取决于模具的形状。因为这样的树脂粘度小、流动性强、且固化能力很强，因此形成坚固的BGA切片试块毛坯，避免了BGA切片在其后的抛磨过程中受到破坏。

作为本发明的另一种优选方式，所述第一砂纸研磨依次包括采用砂纸粒度为100至150目的砂纸研磨、采用砂纸粒度为500至800目的砂纸研磨、及其后采用砂纸粒度为1000至1500目的砂纸研磨。根据BGA切片试块毛坯抛磨量的大小，第一砂纸研磨的砂纸粒度由粗到细选择三种砂纸粒度的砂纸进行粗研磨，可以减少研磨时间，提高研磨速度，降低检验成本。

作为本发明的另一种优选方式，所述第二砂纸研磨依次包括采用砂纸粒度为2000至2500目的砂纸研磨及其后采用砂纸粒度为2500至4000目的砂纸研磨。这样，可以通过2000至2500目的砂纸研磨而将第一砂纸研磨留下的研磨痕迹基本上得到去除，而后通过砂纸粒度为2500至4000目的砂纸研磨而使研磨表面达到抛光前所需的表面光洁度，从而减少其后的抛光时间，降低成本。

作为本发明的另一种优选方式，所述第一金刚石抛光液抛磨的抛光液粒度规格为2.5至3.5微米，更优选为3微米。通过这样粒度的金刚石抛光液抛光，对第二砂纸研磨留下的表面划痕进行进一步抛光。该金刚石抛光液可以满足抛光所需的精度要求和速度要求。当抛光液粒度大于3.5微米时，BGA切片的表面划痕较大，不能满足要求；当抛光液粒度小于2.5微米时，会增加抛光时间。

作为本发明的另一种优选方式，所述第二金刚石抛光液抛磨的抛光液粒度规格为0.5至1.5微米，更优选为1微米。通过该粒度规格的金刚石抛光液抛光，进一步提高BGA切片的表面质量，达到采用金属显微镜检查所需的清洁表面，能清晰地识别BGA切片被检测点上的焊接缺陷。

附图说明

下面对本发明的附图进行说明。

图1为本发明的球栅阵列封装切片试块制作方法的工艺步骤示意图；

图2示出了典型PCBA板上的BGA在其上的位置关系；

图3示出了从PCBA板上切割下来的BGA切片；

图4为制作BGA切片试块毛坯所用的模具的示意图；

图5为将BGA切片设置在模具中状况的示意图；

图6为将BGA切片固定在模具中所用卷绕式塑料平衡夹的示意图；

图7示出了将BGA切片夹设在卷绕式塑料平衡夹中的情形；

图8为BGA切片抛磨量的示意图；

图9是采用本发明的球栅阵列封装切片试块制作方法形成的BGA切片试块在电子显微镜下拍摄的照片；以及

图10是采用现有技术形成的BGA切片试块在电子显微镜下拍摄的照片。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施例。

图1为本发明的球栅阵列封装切片试块制作方法的工艺步骤示意图。如图1所示，本发明的球栅阵列封装切片试块制作方法包括如下步骤：从PCBA板的选定位置切割BGA切片；在模具中固定BGA切片，并且填充可固化树脂；第一砂纸研磨；第二砂纸研磨；第一IPA(异丙醇)超声波清洗；第一金刚石抛光液抛磨；第二IPA超声波清洗；以及第二金刚石抛光液抛磨，其中所述第一IPA超声波清洗和所述第二IPA超声波清洗的清洗均为4至6分钟，更优选均为5分钟。

下面将以PCBA板上的BGA切片为例，按着上述步骤的顺序，分别描述上述各步骤的优选实施方式。

在从PCBA板的选定位置切割BGA切片的步骤S1中，如图2和3所示，从PCBA板100上将带有球栅阵列封装的电子元件切割下来，形成如图3所示的BGA切片101。BGA切片101可以是PCBA上需要检查的任意位置的焊点切片，并且可以以任何方位进行切割，来获取所需检测部位的切片。

在模具中固定BGA切片100，并且填充可固化树脂的步骤S2中，将BGA切片101设置在模具中。图4示出了本发明采用的模具200的示例。该模具200为圆柱形，一端上有开口，大体上为烧杯的构造。根据BGA切片101的大小，模具200通常选用不同的直径和高度。模具200直径的示例包括36mm、40mm、45mm、46mm和59mm。模具200高度的示例为25-50mm。

BGA切片101设置在模具200中需要固定，因为模具200的直径很小，并且模具200与其中的BGA切片101之间的间隙也很小，所以优选采用双面胶带或者卷绕式塑料平衡夹。采用双面胶带时，将双面胶带设置在BGA切片101的底边和模具200的内侧底面之间和/或BGA切片101的侧边之一和模具200的内侧壁之间，从而将BGA切片101固定在模具300上。

图6示出了一对卷绕式塑料平衡夹300，并且图7示出了BGA切片101夹设一对卷绕式塑料平衡夹300中的情形。参见图5、6和7，当采用卷绕式塑料平衡夹300夹设BGA切片101时，利用卷绕式塑料平衡夹300的弹性力将其夹设在BGA切片101的两个底角上，并且将它们一同放入模具200中，从而将BGA切片101固定在模具300的内侧底面上。本发明的BGA切片固定方式不限于此，例如，可以采用任何小边缘的卡具夹设BGA切片101，只要保证BGA切片101与模具200之间能够固定即可。

待BGA切片101固定于模具200中后，将可固化树脂填充在固定有BGA切片101的模具200中。为了将可固化树脂能充分填充在BGA切片101的各种缝隙中，该可固化树脂优选在融化状态下具有低粘度，因此优选采用活性环氧树脂，例如，环氧丙烯酸酯，或者光敏固化树脂，例如，包括活性树脂和光敏剂的树脂。前者固化的时间比较长，可以自然冷却环境中固化，约需4小时；后者固化的时间比较短，但是需要紫外线或自然光下固化，二者可根据实际使用情况而定。待可固化树脂固化后，将带有树脂的BGA切片101与模具200分开，即形成圆柱状的BGA切片试块毛坯。

在下述步骤中，对BGA切片试块毛坯进行研磨和抛光，以形成BGA切片试块。

图8中的左侧图和中间图示出了研磨和抛光前的BGA切片101的平面示意图，而图8中的右侧视图示出了抛光后的BGA切片101的平面示意图。

如图1和8所示，砂纸研磨包括第一砂纸研磨和第二砂纸研磨；金刚石曝光也抛磨包括第一金刚石抛光液抛磨和第二金刚石抛光液抛磨；超声波清洗包括第一IPA超声波清洗和第二IPA超声波清洗。研磨和抛磨从BGA切片试块毛坯的底面，即图8中的BGA切片101的侧面103开始，朝着预定目标线(图8中的竖直虚线)104进行，直到第二金刚石抛光液抛磨后形成最终端面105，用于进行电子显微镜或者金相显微镜检测。

第一砂纸研磨和第二砂纸研磨以及第一金刚石抛光液抛磨和第二金刚石抛光液抛磨使用相同的抛磨设备，例如，上海西铁检测材料有限公司出品的WESTEL-MD08型研磨抛光机，但是本发明不局限于此，而是可以采用市场上可购买的同类抛磨设备。第一砂纸研磨和第二砂纸研磨的区别在于所采用的砂纸粒度和研磨量上的不同。第一砂纸研磨采用粗砂纸以快速研磨掉BGA切片101的侧面103上的大部分厚度，因此优选采用砂纸粒度分别为100至150目的砂纸研磨、采用砂纸粒度为500至800目的砂纸研磨、及其后采用砂纸粒度为1000至1500目的砂纸研磨，上述三种研磨依次进行。这样，经受砂纸粒度由粗到细的三种研磨是为了首先快速研磨到预定位置，继之由较细的砂纸对经受粗砂纸研磨过表面进行表面修复性研磨，使表面划痕越来越细小。同理，在第二砂纸研磨中，优选依次包括采用砂纸粒度为2000至2500目的砂纸研磨及其后采用砂纸粒度为2500至4000目的砂纸研磨。这样，可以通过2000至2500目的砂纸研磨而将第一砂纸研磨留下的研磨痕迹基本上得到去除，而后通过砂纸粒度为2500至4000目的砂纸研磨而使研磨表面达到抛光前所需的表面光洁度，从而减少其后的抛光时间，降低成本。

然后，进行第一IPA超声波清洗。这一步的清洗非常重要，目的是清楚通过上述两种研磨后留在没有填充可硬化树脂的缝隙中的研磨残渣。因为BGA上的焊点较密集，填充可硬化树脂中难免存在没有填充到的缝隙，所以研磨的残渣经常残留在这样的缝隙中。一旦缝隙中残留有研磨残渣，在其后的抛光中，这些残渣就会从缝隙中渗出，严重影响抛光效果，甚至在抛光表面上造成划痕和凹坑。这样的划痕和凹坑与焊接缺陷难以在电子显微镜或者金相显微镜下区别开，因而影响BGA切片的检测结果。

第一IPA超声波清洗所用设备例如为上海致丰电子科技有限公司生产的ZF-150超声波清洗机。第一IPA超声波清洗的时间优选为4至6分钟，更优选5分钟。当清洗时间少于4分钟时，清洗效果不佳；当清洗时间达到6分钟时，几乎没有发现过切片试块表面上再留有残渣的，因此再长时间会造成浪费。

在BGA切片101的表面经受第一IPA超声波清洗后，进行第一金刚石抛光液抛磨，其抛光液粒度规格优选为2.5至3.5微米，更优选为3微米。通过这样粒度的金刚石抛光液抛光，对第二砂纸研磨留下的表面划痕进行进一步抛光。该金刚石抛光液可以满足抛光所需的精度要求和速度要求。当抛光液粒度大于3.5微米时，BGA切片的表面划痕较大，不能满足要求；当抛光液粒度小于2.5微米时，会增加抛光时间。

之后，进行第二IPA超声波清洗，第二IPA超声波清洗的目的是清除BGA切片101的表面在第一金刚石抛光液抛磨中可能留在各种缝隙中的残渣。第二IPA超声波清洗所用设备和清洗时间与上述第一IPA超声波清洗的相同，而不再重复。

之后，进行第二金刚石抛光液抛磨，其抛光液粒度规格优选为0.5至1.5微米，更优选为1微米。通过该粒度规格的金刚石抛光液抛光，进一步提高BGA切片的表面质量，达到采用金属显微镜检查所需的清洁表面，能清晰地识别BGA切片被检测点上的焊接缺陷。

图9示出了通过上述各步骤的优选实施方式制作的BGA切片试块在金相显微镜下拍摄的照片。与图10所示的用现有技术制作的BGA切片试块在金相显微镜下拍摄的照片相比，BGA切片试块的最终表面111更加清晰、光滑，其上的焊接缺陷112明显可见。没有发现如图10的凹坑113或长条划痕的痕迹。

因此，本发明通过简单工艺步骤的球栅阵列封装切片试块的制作方法能够实现在切片试块抛磨过程中易于清除抛磨残渣和污物，而避免切片表面产生划痕或凹坑，保证了球栅阵列封装切片试块的成品率，大大节约了成本，进而提高切片的金相显微镜检测质量，推进了球栅阵列封装质量检测上的技术进步。

上述各步骤的优选实施方式可以任意选择而结合，均可实现本发明的有益效果。

虽然上面已经结合附图示出并描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不偏离本发明的原则和精神的情况下，可以对这些实施方式做出变化和改变，所做的变化和改变仍然落在本发明及其等价物的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制作球栅阵列封装切片试块的方法，依次包括如下步骤：

从印刷电路板组件的选定位置切割球栅阵列封装切片；

在模具中固定球栅阵列封装切片，并且填充可固化树脂；

在所述可固化树脂硬化后的第一砂纸研磨；

在所述第一砂纸研磨后的第二砂纸研磨；

第一超声波清洗；

第一金刚石抛光液抛磨；

第二超声波清洗；以及

第二金刚石抛光液抛磨，

其中所述第一超声波清洗和所述第二超声波清洗的清洗时间均为4至6分钟。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述第一超声波清洗和所述第二超声波清洗的清洗时间均为5分钟。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述第二金刚石抛光液抛磨的抛光液粒度规格为0.5至1.5微米。

4.按照权利要求3所述的方法，其中所述第二金刚石抛光液抛磨的抛光液粒度规格为1微米。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述第一金刚石抛光液抛磨的抛光液粒度规格为2.5至3.5微米。

6.按照权利要求5所述的方法，其中所述第一金刚石抛光液抛磨的抛光液粒度规格为3微米。

7.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述第二砂纸研磨依次包括采用砂纸粒度为2000至2500目的砂纸研磨及其后采用砂纸粒度为2500至4000目的砂纸研磨。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述第一砂纸研磨依次包括采用砂纸粒度为100至150目的砂纸研磨、采用砂纸粒度为500至800目的砂纸研磨、及其后采用砂纸粒度为1000至1500目的砂纸研磨。

9.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述填充可硬化树脂包括填充活性环氧树脂或光敏硬化树脂。

10.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述在模具中固定球栅阵列封装切片包括采用卷绕式塑料平衡夹或双面胶带固定该球栅阵列封装切片。

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