如何由X-Ray來(lái)判斷BGA有否空焊

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如何由X-Ray來(lái)判斷BGA有否空焊
如果你是個(gè)SMT工程師，那你一定用過(guò)X-Ray，也用它看過(guò)BGA的焊錫情況，可是你看來(lái)看去怎麼覺(jué)得BGA的焊球(ball)都長(cháng)得一樣，你是如何判斷BGA有沒(méi)有空焊？

通常來(lái)說(shuō)，一般人使用X-Ray都只能看看焊錫有沒(méi)短路(short)、少錫、氣泡(void)，但如果要用來(lái)判斷BGA的錫球(ball)是否有空焊就有點(diǎn)難度，當然這裡指的是2D的X-Ray，其實(shí)如果細心一點(diǎn)的話(huà)還是可以找到一點(diǎn)點(diǎn)蛛絲馬跡來(lái)判斷是否有空焊喔！

一般來(lái)說(shuō)X-Ray照出來(lái)的影像都只是簡(jiǎn)單的2D投影畫(huà)面，用它來(lái)檢查短路(short)很容易，但想用它來(lái)檢查空焊就難倒不少人，因為每顆BGA錫球看起來(lái)幾乎都是圓的，實(shí)在看不出來(lái)有沒(méi)有空焊，雖然近年來(lái)也有號稱(chēng)可以照出3D影像的【3D X-Ray CT】，但是所費都不眥！而且能否如商家所宣稱(chēng)的那麼神奇，實(shí)在不敢妄想。

這裡分享你一個(gè)小撇步，如何用傳統的2D平面X-Ray影像判斷BGA是否空焊。
一、BGA錫球變大造成空焊
首先想想同一個(gè)BGA的錫球應該都是一樣的大小，其中如果有些錫球是空焊，有些球是焊錫完整，那這兩種焊錫的形狀是否會(huì )有些不一樣？答案是肯定的，試想同樣體積的錫球經(jīng)過(guò)壓縮後，好的焊錫會(huì )有一部份錫球的錫分散到PCB的焊墊(pad)而使焊球變��；有空焊的錫球則不會(huì )，錫球經(jīng)過(guò)壓縮後反而會(huì )使錫球變大。

下圖表示同樣大小的錫球發(fā)生空焊時(shí)，錫球的直徑反而會(huì )變大，當然最好比較一下正常板子的焊球是否都一樣大，因為有些板子的設計會(huì )造成錫球變得比較小，後面會(huì )再詳述。

BGA同樣大小的錫球發(fā)生空焊時(shí)，錫球的直徑反而會(huì )變大

另外，工作熊也認為這個(gè)錫球變大的現象與HIP(Head In Pillow，枕頭效應)及NWO(Non-Wet-Open)不良現象有非常高的正相關(guān)，不過(guò)一般的HIP及NWO都很難用二維(2D)的X-Ray檢查出來(lái)，因為其BGA球形的大小變化不大。

▼下圖為實(shí)際的例子說(shuō)明錫球直徑變大，表示焊錫空焊(solder skip)。
BGA錫球直徑變大，表示焊錫空焊(solder skip)

▼從下面這張X-Ray的圖片，你可以看得出來(lái)哪一顆BGA錫球空焊了嗎？運用一下上面教你的方法～
你可以看得出來(lái)哪一顆BGA錫球空焊了嗎？

▼現在工作熊幫你畫(huà)幾條直線(xiàn)你再看看是否有發(fā)現那一顆BGA的錫球比較大，有空焊的可能？再回去看一下上面那張圖，確認看看你沒(méi)有看走眼。其實(shí)真的就只差那麼一點(diǎn)點(diǎn)！

現在我畫(huà)幾條直線(xiàn)你再看看是否有發(fā)現那一顆BGA的錫球比較大，有空焊的可能？

還不過(guò)癮嗎，這裡有個(gè)練習題，可以讓你親自體驗一下如何用2D的X-Ray實(shí)例演練檢查BGA空焊問(wèn)題。

二、導通孔(vias)導至錫量不足的空焊

另外一種空焊現象是錫量不足，這種現象通常發(fā)生在焊墊有導通孔(via)的時(shí)候，因為錫球流經(jīng)迴流焊(Reflow)時(shí)部分的錫會(huì )因為毛細現象(wicking)流進(jìn)導通孔而造成錫量不足，有時(shí)候導通孔在焊墊旁也會(huì )造成這樣的問(wèn)題。這時(shí)候從X-Ray上看出來(lái)的球體就會(huì )變小，錫量被導通孔吃到掉太多就會(huì )空焊。通常我們不建議導通孔做在焊墊上，焊墊旁的導通孔也要用綠漆(solder mask)蓋起來(lái)，以後會(huì )討論導通孔在墊(via in pad)的缺點(diǎn)及補救辦法。
BGA空焊，導通孔(via)連接焊墊

▼這是導通孔(via)擺在焊墊旁(solder pad)的不良設計，這種設計焊錫非常容易流進(jìn)通孔而造成錫量不足的空焊現象。
這是導通孔(via)擺在焊墊旁(solder pad)的不良設計，這種設計焊錫非常容易流進(jìn)通孔而造成錫量不足的空焊現象


三、錫球內有氣泡產(chǎn)生空焊

還有一種BGA空焊形成的原因是錫球中有氣泡(voids)，根據IPC7095 7.4.1.6的規範，一般電子業(yè)適用於 Class 1 ，其所有氣泡的孔直徑加起來(lái)，不可以超過(guò)BGA直徑的60%。 如果氣泡太大就會(huì )造成空焊或焊錫斷裂的現象。(2010/11/22更正，一般電子產(chǎn)品應適用於Class 1，而非Class 3，另新增各種等級的解釋)
◾Class 1：適用於一般消費性電子產(chǎn)品。BGA的氣泡要求要不得大於60％(直徑)或36％(面積)。
◾Class 2：適用於商業(yè)/工業(yè)用的電子產(chǎn)品。BGA的氣泡要求要不得大於42％(直徑)或20.25％(面積)。
◾Class 3：適用於軍用/醫療用的電子產(chǎn)品。BGA的氣泡要求要不得大於30％(直徑)或9％(面積)。

◾2012-Jul-01更新：根據 IPC-7095B 7.5.1.7規格更新，現在BGA錫球內的氣泡準統一要求要不得大於25%(直徑)或6.25%(面積)。
BGA_XRay07

▼錫球氣泡大到足以影響到焊接的品質(zhì)，下圖是錫球切片後的剖面，可以很明顯看到氣泡已經(jīng)有錫球的 1/3 大了。
錫球氣泡大到足以影響到焊接的品質(zhì)，下圖是錫球切片後的剖面，可以很明顯看到氣泡已經(jīng)有錫球的 1/3 大了

▼這是由X-Ray照出來(lái)的錫球氣泡，有些氣泡已經(jīng)大到 0.5d 了。
BGA_XRay09.有pcb設計的朋友可以一起加Q探討Q800058675