BGA切片後如何判斷焊接品質

BGA切片後如何判斷焊接品質

這篇文章基本上是寫給那些還不知道如何判斷切片後的BGA吃錫好壞的朋友參考用的。因為手邊剛好有幾張自己家產品切片後的BGA焊錫照片,剛好可以拿來做為教材之用,而且還有很典型的雙球(HIP, Head-In-Pillow)以及錫球被拉扯的照片。

通常拿到一張BGA的切片照片時,第一個要判斷的就是那一邊屬於BGA的封裝面,那一邊又是屬於電路版組裝面。對於這個問題,我的方法是從銅箔的厚度來做判斷,銅箔比較厚的那一面通常是電路板組裝面,因為BGA封裝的載板通常都比電子組裝的電路板來得薄,所以會選用比較薄的銅箔厚度。

(當然這也只是個人對BGA的見解,如果有專家有意見也請留言指教)







其次是如果已經可以明顯看到雙球現象時(如下圖為典型的HIP假冷焊缺點),球體比較大的那一面通常是載板上原來的錫球,因為BGA錫球的體積已經過一次Reflow,而印刷在PCB上的錫膏經過一次Reflow助焊劑揮發後剩下的體積就只有原來的一半了,所以BGA面的球體通常比較大。至於焊墊(焊盤)大小則不一定了,要看自家PCB佈線設計時有沒有堅持設計成【Cooper Define Pad Design(銅箔獨立焊墊設計)】。

接著判斷BGA焊接的好壞,下圖可以很清楚看出典型【雙球(HIP)】焊接問題,不瞭解的朋友可以點擊【HIP(Head-in-Pillow 枕頭效應)】連結做進一步探討,應該有99%的HIP都發生在BGA的四周最外面一排的錫球上,原因也幾乎都是BGA載板或PCB經Reflow時發生變形翹曲,等板子回溫後變形變小,但熔融的錫已經冷卻,於是形成雙球靠在一起的模樣。HIP就是嚴重的BGA焊錫不良,它很容易通過工廠內的測試程序流到客戶的手上,可是使用一段時間後產品就會因為出現問題而被送回來修理。

下圖可以很清楚看出典型【雙球(HIP)】焊接問題,不瞭解的朋友可以點擊【HIP(Head-in-Pillow 枕頭效應)】連結做進一步探討,應該有99%的HIP都發生在BGA的四周最外面一排的錫球上,原因也幾乎都是BGA載板或PCB經Reflow時發生變形翹曲,等板子回溫後變形變小,但熔融的錫已經冷卻,於是形成雙球靠在一起的模樣。HIP就是嚴重的BGA焊錫不良,它很容易通過工廠內的測試程序流到客戶的手上,可是使用一段時間後產品就會因為出現問題而被送回來修理。

第二種BGA焊錫不良是界於HIP與正常焊錫之間的錫球,知道怎麼判斷那一面是PCB端了吧?從下圖看來BGA錫球與PCB上的錫膏已經完全熔融在一起了,因為看不到雙球,可是整個錫球卻有被上下拉長且幾乎斷裂的跡象,觀察 PCB面的焊錫也可以發現錫球與PCB焊墊接觸的面積變小了,而且還出現不蟳長的角度,這是因為錫球被整個往上拉開的緣故。這種焊錫斷裂應該只是早晚的問題,客戶端應該使用時的振動或是開關機過程的熱脹冷縮,都會加速其斷裂。
第二種BGA焊錫不良是界於HIP與正常焊錫之間的錫球,知道怎麼判斷那一面是PCB端了吧?從下圖看來BGA錫球與PCB上的錫膏已經完全熔融在一起了,因為看不到雙球,可是整個錫球卻有被上下拉長且幾乎斷裂的跡象,觀察 PCB面的焊錫也可以發現錫球與PCB焊墊接觸的面積變小了,而且還出現不蟳長的角度,這是因為錫球被整個往上拉開的緣故。這種焊錫斷裂應該只是早晚的問題,客戶端應該使用時的振動或是開關機過程的熱脹冷縮,都會加速其斷裂。

下面這張圖的BGA錫球焊接算還可以接受,球形也有壓扁形成水平橢圓形的焊錫,但還是看得出來靠近PCB端的錫球還是有點被拉開的情形。
下面這張圖的BGA錫球焊接算還可以接受,球形也有壓扁形成水平橢圓形的焊錫,但還是看得出來靠近PCB端的錫球還是有點被拉開的情形。

其實比較好的錫球焊接形狀應該要像下面這張圖片一樣,錫球類似一個「燈籠型」,錫球覆蓋在整個PCB焊墊上。不過有時候焊墊會設計成綠油覆蓋,形狀就會比較像上面那張圖了。
其實比較好的錫球焊接形狀應該要像下面這張圖片一樣,錫球類似一個「燈籠型」,錫球覆蓋在整個PCB焊墊上。不過有時候焊墊會設計成綠油覆蓋,形狀就會比較像上面那張圖了。


延伸閱讀:
影片:BGA 回流焊焊接過程
BGA錫球缺點的幾種檢查方法
如何判斷BGA掉件是SMT工廠製程或是設計問題?

訪客留言內容(Comments)

a.PCB b.元件 c.solder paste d.製程 e.設計,都是影響BGA不良的因素,至於要判斷此面是屬於PCB面或BGA substrate 面,還有一個方式可參考,一般在設計PCB Pad與周遭Space會有2:3的關係, 所以PCB Pad 於設計時將會比 BGA Pad 小或相等的

肥喵;
「一般在設計PCB Pad與周遭Space會有2:3的關係」,這一點我到沒有注意到,所以這就可以解釋是為什麼每次有BGA開裂,幾乎都在PCB端,而不是BGA端出現了。

如果IC是用傳統的金線做互聯,IC的Ball Pad應該會有一層鎳(約5~15um),至於PCB上的Ball Pad,如果是塗OSP或flux就不會有這一層鎳。

newpsys;
謝謝您提供這個訊息,不過要知道有沒有鎳層就得打EDX,如果可以從外觀就可以分辨出來最好囉!因為作切片時不一定都會打EDX。

如果是以這幾張照片來看,好像都有機會不做EDX就分辨出鎳層耶。通常UC載板(IC substrate)鍍軟金/鎳前,會對銅面做微蝕刻,從斷面來看,銅鎳相連的交界處銅的厚度會減少(內縮),若是顯微鏡倍率夠高,在鎳與錫鉛之間應該還能看到一層金,而PCB這一邊的焊點通常不會用到金,我是這樣分辨的。


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