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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
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