BGA的GF中的尺寸和公差大小

BGA的GF中的尺寸和公差大小

1.1 尺寸公差（Nominal dimensions deviation）：

因为BGA一般不用SIZE模式来识别，所以X、Y的尺寸及公差一般是对元件的识别不起作用的。在实际的调试中当我们把如下图所示的BGA的GF中的X、Y的值由17＋/－1.5mm 分别改为2＋/－0.2mm和30＋/－0.2mm时，用Grid＋Ball模式测量的结果是100分，跟没有更改之前一样；当加上Size模式，即用Size（Signal Window）＋Grid＋Ball模式识别时，OK，也没有任何问题。（注意，Size模式是用单个窗口测量），由此可得出结论：一般情况下，尺寸的大小和公差对BGA的识别没有影响，除非是在这样的情况之下：BGA的Body颜色跟Ball的颜色很接近，使得只用Grid识别都很难通过，不得已才用Size模式，但这要求BGA的加工工艺很好，即Ball 跟Body的边缘定位精度较高，这样这种情况才有可能发生。但是这几乎是不可能的，因为没有多少技术人员会有充分的信心去只用Size的粗略定位模式来对精度要求很高的BGA器件来识别对中。

1.2、取料容许偏差（Packaging tolerances）：

这一参数对BGA的测试很重要，在Grid测量模式中，它跟Ball的大小、Ball之间的间距、测量的Ball的数目一起决定了Grid 模式测量时的搜索窗口的大小，即系统会根据Ball的大小、Ball之间的间距、测量Ball的数目算出一个值，然后这个值加上取料容许偏差即为Grid测量窗口的大小。如果取料容许偏差太大，则窗口大了符合目标要求的对象可能太多；如果取料容许偏差过小，则由于我们所测量的Tray数据不是非常的准确，测量时会出现识别错误：2005 Component outside feed tolerance（Grid）。比如，我们给的Packaging tolerance为0.3mm ，但因为拾取位置偏差0.5mm ，测量时的结果为X offset＝－0.45mm Y offset＝－0.50mm，Phi=-0.38 ，则会出现2005# 错误。

所以要求：BGA的取料位置尽可能准确，使减少Packaging tolerance成为可能。同时这一误差设置不要大于两球间距。例如，如果出现以下的情形，BGA的元件角度标识对相邻的Ball的识别有干扰，则须尽可能校正拾取位置和缩小取料容许偏差。

1.3、球间距的偏差（Spacing）：

球间距的偏差即两球的间距允许的最大偏差，换一句话说就是球允许偏多少。一般这个值是很小的，但也不能过小，如设为0.05－0.1mm测量可能会出现错误：2068 Spacing ：evaluation not

possible 。此时若加大Ball radius tolerance 是无效的。只有加大Spacing才能测量无误。一般这个偏差建议设为球半径的大小即可(0.2-0.3mm)。

1.4、球半径的公差（Ball radius tolerance）：

该公差和Spacing一起决定了用Ball测量时的每个Ball的测量窗口大小。一般我们要求该公差设为球半径的10％－20％，如果球半径公差和Spacing公差过大，则在测量时明显可以看到测量窗口很大，把几个球都框了进去，这时往往会没有测量结果，或者Grid模式出现抓错球的情况，如下图左上角所示，可能抓的球会偏了一排。

2 GF的识别参数

包括： 测量模式、光学系统的亮度值、灰度调试曲线、Ball contrast 等

2.1 测量模式

BGA在西门子贴片机上用到的光学对中模式有2 种：Grid 和 Ball 模式。

2.1.1 网格（GRID）

模式Grid是一种粗略的测量模式，它只是在BGA器件的每个角上选取一定数量的球来进

行测量，然后算出每个角上选取的一组Ball的中心，然后再根据4个角的中心算出元件的中心。其中每个角上的一组BALL的数量可以设定（缺省值为3，最大值＝球的总数/4）。

2.1.2 BALL测量方式

BALL是一种精确的测量模式，它是对BGA器件上所有的BALL进行测量。

⑴ 测 量 (Measur.)

Fast：这种类型的测量方法最好用于生产品质高的球面管脚和单个球面管脚的高对 比度视像 。

－－适用于BALL和本体对比明显、BALL无被氧化的高品质BGA。

Robust：这种类型的测量方法最好用于直径较小、精细节距元件、低对比度视像、或生 产品质不够高的元件，以便获得最高可靠性的计算结果和最低的次品率 。

－－适用于BALL有氧化现象、BALL和本体对比不是很明显的BGA。

⑵ 计 算（Evaluation) ：位置与出现 (Position Presence)：检查主控计算机中所描述所有球面管脚的出现情况及其位置，以及指定 的球面节距 。

－－ 用于精细节距元件 。

－－ 用于多重测量情形中，以及以非重复方式生产的BGA或flip chip。

－－对于可重复生产的元件，可以省去该测量步骤。要求：在之前进行的网格测量方 式中至少测量了每侧边3个 球面管脚 。

⑶ 品 质 (Quality)：检查描述的所有球面管脚的出现情况，以及当球面变形时它的缺陷情况 。 这种测量方式的用途是识别各种严重的 处理错误和球面定义错误。然而，它不是一种 三维检测 。

⑷ BALL MODE 内搜索窗的模式

a、当BGA球间距小于球直径两倍时采用COMBINED WINDOWS，

b、当BGA球间距大于球直径两倍时使用SEPERATE WINDOW。

c、一般缺省使用SEPERATE WINDOW。所以当球间距比较小时要选COMBINED WINDOWS

2.2 光学系统亮度值调整原理 西门子贴片机光学系统有三种照明方式：FLAT光、MIDDLE光、STEEP光。如下图所示：

FLAT光属于水平方向的照射光；STEEP属于垂直照射光；MIDDLE属于斜射光，照射角度介于垂光和水平光之间。在这三种照明方式中，每种光的亮度从0→255是可调的，从0→255，光的强度依次加强，如下图所示：

三种光的特点及应用

通过调节这三组光的强度，综合使用这三种光，可以满足不同元件的成像要求。以下简单介绍3种光的特点和应用：

①Flat illumination level（锐角照明度）

特点：1）由28个内含散射材料的LED组成

2）光强度最弱

3）避免发亮表面感光过度很有用

4）照射角度接*行光，强调元件或引脚的边缘，很适用于BGA

应用：用于BGA、цBGA、flip-chips、J形引脚元件（PLCC）、Melf以及复杂类型引脚的元件。

限制：不能用于陶瓷元件或BODY 较亮的元件。

②Middle illumination level （中等角度照明度）

特点：1）由40个内含散射材料的LED组成

2）照射角度介于FLAT和STEEP 之间，光强度最强

3）适用与几乎所有有引脚的IC元件

应用： 广泛应用于所有的元件。

注意：陶瓷元件或BODY 较亮的元件以及uBGA，FLIP-CHIP应将光强度设置低一点。

③Steep illumination level （平角照明度）

特点：1）由28个不含散射材料的LED组成

2）用于黑色BGA的球的检查

3）白色和发亮BGA的对中和检查

应用：陶瓷元件或BODY较亮的元件以及引脚反光的元件。

限制：uBGA，FLIP-CHIP，或元件BODY 反光的元件。

对于BGA器件来说，要形成一个良好的光学图象，就必须让BALL和底面背景成像形成一个良好的反差。在这三种光的照射方式，STEEP光对整体成像的结果影响最大，MIDDLE光对BALL和器件的边缘亮度影响较大，FLAT光对BALL的成像有些小影想，对基板的影响很小。一般调整该三种光亮的原则是尽量BALL形成一个清晰明亮的像，而背景成像尽量为DARK。

确定最佳亮度的方法：从建议亮度向上、向下分别调整亮度50%，能够通过测试结果，如果用这种方法调整后测试通不过，分别向上向下调整亮度到能通过的极限，取上下极限的中间值是我们需要的设定值。

对于 CERAMIC（陶瓷）亮度选择一般：FLAT ：0

MIDDLE：0-10

STEEP：80-100

对于普通BGA FLAT：255

MIDDLE：30

STEEP：0

2.3 灰度曲线调节的原理 颜色转换/过滤器（PROGRAM TRANSFORM）

西门子贴片机成像系统所用相机为黑白式的，但我们在显示器所看到的是彩色的图像，灰度曲线的主要作用就是把CAMERA所摄取的元器件的黑白像根据其灰度转换成相应的色彩输出；灰度曲线的另一个作用相当于过滤器，通过调整曲线，我们可以滤掉或加强一些我们希望特别处理的图像。灰度调试的曲线如下：

同时PROGRAM TRANSFORM还兼职过滤器的作用，就是通过调整它的参数我们可以滤去影响我们测试结果的色彩。例如：一个IC的BODY是棕色的，而它的LEADER是白色的，我们就可以通过调节PROGRAM TRANSFORM，而在显示器上看到的是一个BODY与LEADER行成黑白反差的象，这样元器件的成像效果会更好。本体与引脚或球面引脚的灰度之差在70个灰度值即4个颜色等级以上会获得良好的成像效果。

对比敏感度的调整用以说明将输入信号转换成输出信号的功能。输入信号可以被放大、衰减或完全消除；明亮和阴暗的构件可以被隐藏。若要提高成像品质，可通

过一步或几步来描述亮度 。

通常不要求对对比敏感度进行任何更改，只有在特殊情况下才需要更改。优化照明度值比改变对比敏感度更有用。

2.4 Ball contrast

⑴ 用红色+号标志的点的含义：

在圆外面：CONTRAST<0，球比背景要黑

在圆里面：CONTRAST>0，球比背景亮

⑵ BALL ILLUSTRATION

对于照相显示球外姓为圆环时BALL ILLUSTRATION 内 RAD.I.(mm)>0

当显示为圆时RAD.I.(mm)=0 我们可以试一下当出现圆环时将CONTRAST.I调整为小于零。

实验：

有一普通BGA在正常测量的情况下，Rad.ex.[mm]＝0.213 Contrast e.=10 。

A. 当把Contrast减小为0时，出现2503 VS：Data inccurate or not available when requested。错误，当增加Contrast＝80时，会出现272：Vision sysytem not providing meas. result。的错误。

B、当Rad. ex.[mm]减小为0.065时，出现276 VS：data not correct during request 。此时ICOS无图像输出，即使再恢复回原来的0.213 还是出一样的错误，仍无图像输出。

处理：删除GF编译的大写文件.OGF和.SST，再传程序，无效；把ICOS卡Reset也无效，脱机再联机仍无效；关掉重新启动后OK。

Rad.ex[mm]可调到的最大值＝GF中设的Ball半径大小。

当在GF中把Ball radius 由250um减小为200um时，出现2068 Spacing：evaluation not possible错误，因为减小ball半径会影响到两球之间的Spacing。