应用于射频BGA外壳的无损测试夹具研发

李明磊，乔志壮，刘林杰，高 岭，任 赞

（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄 050051）

球栅阵列封装技术（BGA）作为上世纪90年代以后发展起来的先进封装技术，由于可以减少互联引线的长度，在高密度、高I/O数、高频应用等领域，BGA封装已逐渐取代了引线框架式封装。越来越多的高频高速封装采用BGA形式。随着应用的扩展，射频BGA封装测试也越来越重要。

1 无损测试介绍

现有射频BGA封装测试采用测试插座的形式，主要依靠弹簧探针或球形探针保证BGA器件与印制电路板接触，如图1所示，该结构需针对BGA器件背面植球情况设置对应探针，同时对背面射频结构进行探针阻抗匹配设计，实现较复杂。且目前测试插座仅针对于器件进行测试，无法测试射频BGA外壳的电性能。而外壳作为电路的封装载体，其电性能对器件功能的实现至关重要，也是器件实现性能的重要前提。

图1 弹簧探针、球形探针照片

本文设计一种射频BGA外壳无损测试夹具，同时适用于射频BGA外壳和器件的电性能测试。由于外壳和器件采用相同的测试夹具，可直接提取出外壳的电性能参数，为器件内部电路设计提供帮助。该夹具采用开放式定位及锁紧结构，引入各向异性导电胶膜（ACF）代替探针，合理设置印制电路板及接地结构，实现简单。

2 夹具设计

2.1 定位及锁紧结构

常规BGA测试插座考虑的是为器件测试，通常采用翻盖式锁紧结构。其中压板整个作用于外壳表面，整个外壳不外露，完全被夹具包裹。本文的测试夹具考虑到要兼顾外壳的性能测试，因此采用开放式锁紧结构，外壳的整个腔体外露，锁紧部分作用于外壳边缘，如图2所示。为满足微波探针进入外壳腔体内部进行测试的需要，锁紧结构需设置合理的高度，以防遮挡探针。开放式结构满足了微波测试探针深入外壳的需求，同时起到了固定外壳的作用。

图2 开放式锁紧结构示意图

2.2 接触件结构

不同于常规的弹簧探针或球形探针，本文采用各向异性导电胶膜（ACF）作为接触件。各向异性导电胶膜ACF（Anisotropic Conductive Films）主要由导电粒子、胶粘剂组成，如图3所示。导电粒子的材质是金属，具有优异的导电性和化学稳定性，是理想的导电粒子。各向异性保证了其在X、Y方向是绝缘的，而在Z方向是导电的。现已广泛应用于液晶模块以及电子产品模块的封装工艺中。本文采用导电胶膜作为接触件，放置于外壳与PCB板之间，根据导电胶膜的特性，在Z方向上将外壳背面焊盘与PCB板上对应焊盘连接，起到导通的作用。外壳与导电胶膜、导电胶膜与PCB板仅需要接触即可实现导通，因此对外壳无损伤，可实现对外壳的无损测试。

图3 各向异性导电胶膜

2.3 印制电路板（PCB）及接地结构

印制电路板为测试夹具的转接结构，起到将BGA引出端导出的作用。通过在印制电路板上走内埋带状线的方式，将BGA焊盘背面的引出端导出到印制电路板正面。通过优化印制电路板上pad尺寸、接地开口尺寸以及地孔间距实现与BGA焊球的阻抗匹配。本文设计的印制电路板共13个功能端，中间部位pad与BGA器件背面焊盘对应，外部引出端与中间部位pad导通，便于实际测试。实际加工的印制电路板如图4所示。同时为满足射频接地的需求，在印制电路板背面增加整块铝板。

图4 实际加工的印制电路板

2.4 夹具整体结构

上面针对无损测试夹具的定位及锁紧结构、接触件结构、印制电路板（PCB）及接地结构进行了专门设计，在此基础上对测试夹具进行整体组装，夹具整体结构如图5所示，包含了定位框、导电胶膜、PCB板、铝板。

从图5中可以看出，器件或外壳放置于开放式的定位框内，方便探针进行测试，导电胶膜实现器件或外壳与PCB板的电连接，PCB板将器件或外壳背面焊盘引出。实际加工的无损测试夹具如图6所示。

图5 夹具整体结构

图6 实际加工的无损测试夹具图

3 实际测试

为了验证无损测试夹具的实际应用效果，分别对外壳的常规电性能及微波性能进行了测试。

3.1 常规电性能测试

将外壳放入无损测试夹具进行测试，如图7所示。该外壳包括接地共13个引出端，分别对应印制电路板上的13个引出端。采用导通电阻测试仪对其互连关系进行测试，经实际验证，印制电路板上的13个引出端与外壳内部键合指导通性良好，可满足常规电性能测试的要求。

图7 常规电性能测试照片

3.2 微波性能测试

为检验微波性能的测试效果，对比了真实的外壳焊接到PCB板的应用场景，如图8所示。

图8 真实的外壳焊接到PCB板的应用场景对比

采用无损测试夹具测试与焊接到PCB板的S参数测试结果对比如图9所示。

从图9中可以看出，在DC~8GHz内，采用无损测试夹具测试的回波损耗与插入损耗结果与模拟真实使用情况测试的结果吻合性较好，说明这种测试方法实际效果好，真实反映了外壳在板级应用时的微波性能。

通过上述对外壳的常规电性能测试及微波性能测试可以看出无损测试夹具应用情况良好，可实现器件及外壳的无损测试。

图9 采用无损测试夹具测试与焊接到PCB板的S参数测试结果对比

4 结束语

本文设计的应用于BGA陶瓷外壳的无损测试夹具，通过采用开放式定位及锁紧结构满足对外壳内部测试的需要；采用各向异性导电胶膜实现无损测试；采用结构设计合理的PCB板实现器件及外壳的引出端导出。经过实际测试对比，该夹具与采用常规焊接方式的测试结果一致性好，可取代常规的测试方法，无损地实现批量BGA外壳的性能验证。