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基于深度学习的BGA焊球空洞缺陷检测技术研究

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基于深度学习的BGA焊球空洞缺陷检测技术研究

作者：刘永斌沈阳建筑大学

学位级别：硕士

BGA封装芯片因其优越的性能已经广泛应用于各种电子产品,相应的BGA焊球缺陷检测技术也变得至关重要。因基于X射线的检测技术能够有效检测焊球内部缺陷,所以它取代了传统的光学检测方法,成为了BGA焊球缺陷检测的主流检测技术。电路板的... 详细信息

BGA封装芯片因其优越的性能已经广泛应用于各种电子产品,相应的BGA焊球缺陷检测技术也变得至关重要。因基于X射线的检测技术能够有效检测焊球内部缺陷,所以它取代了传统的光学检测方法,成为了BGA焊球缺陷检测的主流检测技术。电路板的集成度越来越高,出现BGA焊球双层封装或电容、电阻等元器件与BGA芯片重叠布置的情况,导致传统X射线2D检测方法所获得的图像(即DR图像)中多种元器件信息重叠、焊球背景复杂,BGA焊球空洞缺陷检测的难度随之增大,而X射线3D检测方法所获得的图像(即CT图像)可以有效解决背景复杂的问题。除此之外,X射线图像中因散射光子串扰造成的边缘伪影会影响焊球及空洞的分割精度,从而影响焊球空洞率计算的准确性。因此,缺陷检测技术的优劣会直接影响BGA产品检测的效率和质量,也会影响焊接工艺的研究和改进。本文针对DR图像背景复杂和焊球存在边缘伪影的问题,在X射线3D检测方法的基础上,对BGA焊球空洞缺陷检测算法开展了研究,主要研究内容包括以下四个方面:首先,对X射线源和图像采集系统的特性进行分析,并完成了检测系统硬件部分的搭建;检测系统的管电压、管电流和曝光时间是CT测试的主要参数,会直接影响成像质量,因此对其进行了实验研究,并从图像灰度值、信噪比和样品穿透率等角度进行了分析,分析结果有助于实验过程中CT检测参数的选择。其次,针对CT图像中包含焊球图像和非焊球图像的问题,构建了焊球图像分类数据集,又因图像尺寸不固定的特点,搭建了3个不同深度的基于空间金字塔的卷积神经网络,并从损失值和准确率两个角度对其作出了评价。根据评价结果得出,包含5个卷积层的空间金字塔卷积神经网络模型更适合本数据集的分类,针对焊球图像的分类准确率最高为99.2%。然后,针对焊球图像中包含缺陷焊球和无缺陷焊球的问题,构建了缺陷焊球识别数据集,提出了一种改进的Faster R-CNN神经网络用于识别缺陷焊球。该网络模型根据识别目标均为近圆形的特点,对传统Faster R-CNN神经网络中的RPN层进行了简化。通过将改进后的网络模型与传统网络模型的训练结果从准确率和召回率两个方面进行对比,证明了改进的Faster R-CNN神经网络性能更加优越,准确率达到99.3%,召回率达到100%。最后,根据焊球边缘伪影区域的灰度变化特点以及灰度曲线的微分特性,提出一种基于改进的LOG边缘检测的缺陷分割算法。该算法先使用LOG算法检测焊球及空洞的粗边缘,再使用过零点模板对粗边缘进行细化。使用相同材质、同等直径的焊丝进行替代实验,实验表明,该算法的分割误差均小于直方图法、Otsu法、Canny算子法和LOG法,可以得到更加准确的分割边缘,分割误差约为1像素,并可以根据分割结果计算焊球空洞率。

关键词：球珊阵列缺陷检测图像分类焊球识别缺陷分割

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新型微电子封装技术—BGA

电子工艺技术 1998年第2期19卷 47-50,53页

作者：朱颂春况延香电子部43所

概括介绍了新型微电子封装技术—ＢＧＡ的基本概念、特点、封装类型、最新进展、生产应用等。

关键词：球珊阵列封装多芯片组件 SMT

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BGA封装技术与SMT/SMD

电子工艺技术 1998年第4期19卷 145-147页

作者：朱颂春况延香电子部43所

文中就ＢＧＡ与ＳＭＴ／ＳＭＤ之间有关的主要问题进行了较为详细的介绍和分析。

关键词：球珊阵列表面组装技术表面组装器件

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BGA评估中使用的分析方法

现代表面贴装资讯 2009年第3期8卷 57-58页

作者： Aaron Olson STI电子公司高级分析实验室技师

球珊阵列（BGAs）在印刷电路板（PCB）组件上已经相当常见，进而带来了新的故障模式，要求新的分析工具或方法，以便正确评估这些元件。传统式SMT元件，如SOICs或OFPs，允许以可视方式检测焊点，查找异常情况；而BGAs则做不到这一点，... 详细信息

球珊阵列（BGAs）在印刷电路板（PCB）组件上已经相当常见，进而带来了新的故障模式，要求新的分析工具或方法，以便正确评估这些元件。传统式SMT元件，如SOICs或OFPs，允许以可视方式检测焊点，查找异常情况；而BGAs则做不到这一点，因为大多数焊点隐藏在元件下面，人眼是看不到的。本文讨论了STI实验室遇到的部分故障模式，以及进行调查使用的工具和方法。

关键词：评估 BGA SMT元件故障模式分析工具印刷电路板球珊阵列传统式

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几种新型集成电路器件的封装技术

电子工程师 1999年第4期25卷 6-8页

作者：胡志勇上海华埔科技有限责任公司

介绍了目前集成电路器件封装的发展情况，重点是目前受到市场普遍关注的ＢＧＡ（球栅阵列）、ＱＦＰ（矩型扁平封装）和ＣＳＰ（芯片尺寸封装）器件的封装技术。

关键词：集成电路器件封装球珊阵列倒装芯片封装 IC

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BGA封装的焊接技术

通信技术 2008年第9期41卷 235-237,240页

作者：黎全英中国电子科技集团公司第三十研究所四川成都610041

随着电子通信产品的迅速发展,作为大规模集成电路封装领域的BGA封装技术受到业界的密切关注,解决了高密度、高性能、多功能及高I/O数的难题,已大量应用于数字通信领域。文中介绍了BGA封装器件的结构特点,从印制电路板设计、印制电路板... 详细信息

随着电子通信产品的迅速发展,作为大规模集成电路封装领域的BGA封装技术受到业界的密切关注,解决了高密度、高性能、多功能及高I/O数的难题,已大量应用于数字通信领域。文中介绍了BGA封装器件的结构特点,从印制电路板设计、印制电路板制作要求、元器件焊接前处理、组装工艺过程控制等几个方面阐述了影响BGA芯片焊接技术的各种因素,借以提高电子通信产品可靠性及稳定性。

关键词： BGA芯片球珊阵列焊盘阻焊焊接技术

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新一代高速服务器主板BGA共面度研究

印制电路信息 2024年第S02期32卷 187-192页

作者：吴克威黎钦源向参军郭峰孙龙张永甲广州广合科技股份有限公司广东广州510730 浪潮电子信息产业股份有限公司山东济南250013

文章旨在建立一种新一代高速服务器PCB主板BGA共面度设计及制作方法,确保服务器PCBA组装完成之后无因共面度问题导致的焊接应力开裂。通过研究服务器PCB主板设计特点,从图形分布、选材到PCB流程制作,包括层压及各工序的热处理,分析出影... 详细信息

文章旨在建立一种新一代高速服务器PCB主板BGA共面度设计及制作方法,确保服务器PCBA组装完成之后无因共面度问题导致的焊接应力开裂。通过研究服务器PCB主板设计特点,从图形分布、选材到PCB流程制作,包括层压及各工序的热处理,分析出影响共面度的主要因子,优化PCB制作方法,归纳出一套提高BGA共面度的设计及制作方法,为新一代高速服务器PCB项目的顺利开展提供设计及制造上的保障。

关键词：服务器球珊阵列共面度投影波纹技术

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2．5W隔离式转换器

今日电子 2014年第10期 68-68页

LTM8046是2．5W输出DC／DCμ Module（微型模块）转换器，该器件具有2kVAC电气隔离（生产测试至3kVDC），采用9mm×15mm×4．92mm球珊阵列（BGA）封装。封装外部4．3mm的最小爬电距离在等级2的污染环境中支持以高达400VRMS的电压工作。

关键词：转换器隔离式 Module DC/DC 生产测试电气隔离球珊阵列污染环境