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BGA 同時出現空焊與短路的可能原因：笑臉與哭臉變形
之前在網路上有看過一個網友 PO 文說他們家在生產有 BGA 的PCBA時，總是容易發生短路及空焊，而且還都是新料。我們今天就來說說這個議題。
一般來說，BGA焊接時會同時出現空焊(insufficient solder, open solder joint)及短路(solder short, solder joint bridging)的情形並不多見，但也不是全無可能，就像第53期的「電路板會刊」，刊出由於BGA載板及電路板由於熱膨脹係數(CTE)差距過大，造成BGA載板(slubstrate)的板邊上翹，形成了類似「笑臉的曲線(smile-up)」，而電路板則因為TAL(Time Above Liquidus)過長，與回焊爐的上下爐溫溫差過大，兩相交互作用下形成電路板板邊下彎，造成了所謂的「哭臉曲線(cry-down)」。
如果這兩種哭、笑曲線同時嚴重變形，就很有機會形成BGA同時出現短路及空焊的現象，只是這通常都是在載板或PCB出現了嚴重變形的情況下，才比較容易出現這樣的問題。下圖可以很明顯看出來BGA的笑臉與印刷電路板上的哭臉強烈擠壓BGA的焊球，以致幾乎短路。一般來說，想要解決這類問題，可以考慮降低回焊爐升溫的斜率，或是將PCB及BGA做預熱烘烤，消除其熱應力，或是要求BGA生產商使用更高的Tg等方法來克服。
建議延伸閱讀：何謂玻璃轉移溫度(Tg, Glass Transition Temperature)
另外，這裡條列出一些BGA發生空焊的可能原因：
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電路板的焊墊或BGA錫球氧化。另外印刷電路板或BGA防潮不當，也會有類似問題。
- 錫膏過期。
- 錫膏印刷不足。
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溫度曲線（profile）設定不良。建議在發生空焊處要量測爐溫。另外昇溫太快的時候也比較容易產生上述的哭、笑臉的問題。
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Head in Pillow（枕頭效應）。此現象經常發生在上述的BGA載板或印刷電路板經過回流焊時變形(deformation)，當錫膏熔融的時候，BGA的錫球未接觸到錫膏，在冷卻的時候，BGA載板及電路板的變形減小，錫球回落接觸到已經固化的錫膏。
圖片顯示為BGA焊接的錫球出現HIP(枕頭性應)不良。
而一般分析BGA空焊的方法不外乎下列幾種（詳細可以參考：BGA錫球缺點的幾種檢查方法）：
1. 用顯微鏡檢查外圍的BGA錫球，一般大概只能看最外圍的一排錫球，就算使用fiber光纖，最多也只能檢查到最外邊的三排，而且越裡面看得越不清楚。
2. X-Ray檢查（如果可以使用「3D CT X-ray」掃描更好）。2D X-ray 較容易判斷短路，但對空焊的判讀需仰賴經驗；若能使用可傾斜角度的 X-Ray 設備或 3D CT X-ray，則較有機會清楚辨識 HIP 或空焊。另外，也可以手動將PCBA側一個角度用2D X-ray來檢查，應該也可以抓到HIP的問題，只是可能得多試幾個角度。
3. Red Dye Penetration (染紅測試)。這是破壞性測試，非到不得已不用，可以看出斷裂、空焊的地方，但需要細心有經驗。
4. 切片（cross section）。這個方法也是破壞性測試，而且比染紅測試更費工，算是將某一區域特別放大檢查。
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在BGA空焊或者是氣泡的部份, 在X-ray高階的應用已經行之有年, 一般在IC產業上會比較可花資本去採購高階一些的機台, 在SMT業界, 因為成本考量, 都不會採購這麼高階.
附上ㄧ張照片, 同時有 Crck 和 HIP 的現象的X-ray照片.