如何由X-Ray來判斷BGA有否空焊

liyf

如果你是個SMT工程師，那你一定用過X-Ray，也用它看過BGA，可是你看來看去BGA的焊球(ball)都一樣，你如何判斷BGA有沒有空焊？     
     
通常來說，一般人使用X-Ray都只能看看焊錫有沒短路(short)、少錫、氣泡(void)，但如果要用來判斷BGA的錫球(ball)是否有空焊就有點難，其實如果細心一點的話還是可以找到一點蛛絲馬跡來判斷是否有空焊。
一般來說X-Ray照出來的影像都只是簡單的2D投影畫面，用它來檢查短路(short)很容易，但用它來檢查空焊就難倒了不少人，因為每苛求看起來都是圓的，實在看不出來有沒有空焊，雖然近年來也有號稱可以照出3D影像的X-Ray，但是所費都不眥啊！而且能否如商家所宣稱的那麼神奇，實在不敢妄想。
這裡分享你一個小撇步，如何用傳統的2D平面X-Ray影像判斷BGA是否空焊。
BGA錫球變大造成空焊首先想想同一個BGA IC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有些不一樣？答案是肯定的，試想同樣體積的錫球經過壓縮後，好的焊錫會有一部份錫球的錫分散到PCB的焊墊(pad)而使焊球變小；有空焊的錫球則不會，錫球經過壓縮後反而會使錫球變大。
下圖表示同樣大小的錫球發生空焊時，錫球的直徑反而會變大，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造成錫球變得比較小，後面會再詳述。

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

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

▼現在我畫幾條直線你再看看是否有發現那一顆BGA的錫球比較大，有空焊的可能？再回去看一下上面那張圖，確認看看你沒有看走眼。
      

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，這種現象通常發生在焊墊有導通孔(via)的時候，因為錫球流經迴流焊(Reflow)時部分的錫會因為毛細現象(wicking)流進導通孔而造成錫量不足，有時候導通孔在焊墊旁也會造成這樣的問題。這時候從X-Ray上看出來的球體就會變小，錫量被導通孔吃到掉太多就會空焊。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，以後會討論導通孔在墊(via in pad)的缺點及補救辦法。      

▼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通孔而造成錫量不足的空焊現象。      

錫球內有氣泡產生空焊還有一種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，一般電子業適用於 Class 1 ，其所有氣泡的孔直徑加起來，不可以超過BGA直徑的60%。 如果氣泡太大就會造成空焊或焊錫斷裂的現象。(2010/11/22更正，一般電子產品應適用於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/工業用的電子產品。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)。
  

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

▼這是由X-Ray照出來的錫球氣泡，有些氣泡已經大到 0.5d 了。      

radiotube

楼主，这个也看不到图了。。。

liyf

radiotube 发表于 2014-10-7 20:16
楼主，这个也看不到图了。。。

我这可以看到啊

liyf

现在做本地附件了

radiotube

哈哈，可以了。。。。

dwl65

这个玩意没见过。观摩

robter

这个很好，感谢楼主的好资料

gl542400

个人基本没这东西！