應用于射頻BGA外殼的無損測試夾具研發

李明磊，喬志壯，劉林杰，高 嶺，任 贊

（中國電子科技集團公司第十三研究所，河北 石家莊 050051）

球柵陣列封裝技術（BGA）作為上世紀90年代以后發展起來的先進封裝技術，由于可以減少互聯引線的長度，在高密度、高I/O數、高頻應用等領域，BGA封裝已逐漸取代了引線框架式封裝。越來越多的高頻高速封裝采用BGA形式。隨著應用的擴展，射頻BGA封裝測試也越來越重要。

1 無損測試介紹

現有射頻BGA封裝測試采用測試插座的形式，主要依靠彈簧探針或球形探針保證BGA器件與印制電路板接觸，如圖1所示，該結構需針對BGA器件背面植球情況設置對應探針，同時對背面射頻結構進行探針阻抗匹配設計，實現較復雜。且目前測試插座僅針對于器件進行測試，無法測試射頻BGA外殼的電性能。而外殼作為電路的封裝載體，其電性能對器件功能的實現至關重要，也是器件實現性能的重要前提。

圖1 彈簧探針、球形探針照片

本文設計一種射頻BGA外殼無損測試夾具，同時適用于射頻BGA外殼和器件的電性能測試。由于外殼和器件采用相同的測試夾具，可直接提取出外殼的電性能參數，為器件內部電路設計提供幫助。該夾具采用開放式定位及鎖緊結構，引入各向異性導電膠膜（ACF）代替探針，合理設置印制電路板及接地結構，實現簡單。

2 夾具設計

2.1 定位及鎖緊結構

常規BGA測試插座考慮的是為器件測試，通常采用翻蓋式鎖緊結構。其中壓板整個作用于外殼表面，整個外殼不外露，完全被夾具包裹。本文的測試夾具考慮到要兼顧外殼的性能測試，因此采用開放式鎖緊結構，外殼的整個腔體外露，鎖緊部分作用于外殼邊緣，如圖2所示。為滿足微波探針進入外殼腔體內部進行測試的需要，鎖緊結構需設置合理的高度，以防遮擋探針。開放式結構滿足了微波測試探針深入外殼的需求，同時起到了固定外殼的作用。

圖2 開放式鎖緊結構示意圖

2.2 接觸件結構

不同于常規的彈簧探針或球形探針，本文采用各向異性導電膠膜（ACF）作為接觸件。各向異性導電膠膜ACF（Anisotropic Conductive Films）主要由導電粒子、膠粘劑組成，如圖3所示。導電粒子的材質是金屬，具有優異的導電性和化學穩定性，是理想的導電粒子。各向異性保證了其在X、Y方向是絕緣的，而在Z方向是導電的。現已廣泛應用于液晶模塊以及電子產品模塊的封裝工藝中。本文采用導電膠膜作為接觸件，放置于外殼與PCB板之間，根據導電膠膜的特性，在Z方向上將外殼背面焊盤與PCB板上對應焊盤連接，起到導通的作用。外殼與導電膠膜、導電膠膜與PCB板僅需要接觸即可實現導通，因此對外殼無損傷，可實現對外殼的無損測試。

圖3 各向異性導電膠膜

2.3 印制電路板（PCB）及接地結構

印制電路板為測試夾具的轉接結構，起到將BGA引出端導出的作用。通過在印制電路板上走內埋帶狀線的方式，將BGA焊盤背面的引出端導出到印制電路板正面。通過優化印制電路板上pad尺寸、接地開口尺寸以及地孔間距實現與BGA焊球的阻抗匹配。本文設計的印制電路板共13個功能端，中間部位pad與BGA器件背面焊盤對應，外部引出端與中間部位pad導通，便于實際測試。實際加工的印制電路板如圖4所示。同時為滿足射頻接地的需求，在印制電路板背面增加整塊鋁板。

圖4 實際加工的印制電路板

2.4 夾具整體結構

上面針對無損測試夾具的定位及鎖緊結構、接觸件結構、印制電路板（PCB）及接地結構進行了專門設計，在此基礎上對測試夾具進行整體組裝，夾具整體結構如圖5所示，包含了定位框、導電膠膜、PCB板、鋁板。

從圖5中可以看出，器件或外殼放置于開放式的定位框內，方便探針進行測試，導電膠膜實現器件或外殼與PCB板的電連接，PCB板將器件或外殼背面焊盤引出。實際加工的無損測試夾具如圖6所示。

圖5 夾具整體結構

圖6 實際加工的無損測試夾具圖

3 實際測試

為了驗證無損測試夾具的實際應用效果，分別對外殼的常規電性能及微波性能進行了測試。

3.1 常規電性能測試

將外殼放入無損測試夾具進行測試，如圖7所示。該外殼包括接地共13個引出端，分別對應印制電路板上的13個引出端。采用導通電阻測試儀對其互連關系進行測試，經實際驗證，印制電路板上的13個引出端與外殼內部鍵合指導通性良好，可滿足常規電性能測試的要求。

圖7 常規電性能測試照片

3.2 微波性能測試

為檢驗微波性能的測試效果，對比了真實的外殼焊接到PCB板的應用場景，如圖8所示。

圖8 真實的外殼焊接到PCB板的應用場景對比

采用無損測試夾具測試與焊接到PCB板的S參數測試結果對比如圖9所示。

從圖9中可以看出，在DC~8GHz內，采用無損測試夾具測試的回波損耗與插入損耗結果與模擬真實使用情況測試的結果吻合性較好，說明這種測試方法實際效果好，真實反映了外殼在板級應用時的微波性能。

通過上述對外殼的常規電性能測試及微波性能測試可以看出無損測試夾具應用情況良好，可實現器件及外殼的無損測試。

圖9 采用無損測試夾具測試與焊接到PCB板的S參數測試結果對比

4 結束語

本文設計的應用于BGA陶瓷外殼的無損測試夾具，通過采用開放式定位及鎖緊結構滿足對外殼內部測試的需要；采用各向異性導電膠膜實現無損測試；采用結構設計合理的PCB板實現器件及外殼的引出端導出。經過實際測試對比，該夾具與采用常規焊接方式的測試結果一致性好，可取代常規的測試方法，無損地實現批量BGA外殼的性能驗證。