用2D的X-Ray實例演練檢查BGA空焊問題

這是一張CPU的BGA經過Reflow以後失效的X-Ray照片,因為苦主說這顆BGA不能作動,但是只要用手壓在CPU的上面就可以恢復正常運作。因為沒有實際看到產品,但是從整體描述來看應該是典型的BGA空焊問題,看倌門是否可以從上面的X-Ray照片中看出錫球有何問題呢?

這是一張MCU的BGA經過Reflow以後失效的X-Ray照片,因為苦主說這顆BGA無法作動,但是只要用手壓在MCU的上面就可以恢復正常運作。因為工作熊並沒有實際看到不良的產品,所以只能憑照片來推斷,只是從苦主的整體描述看來,這應該是典型的BGA空焊問題,看倌門是否可以從上面的X-Ray照片中看出錫球有何問題呢?

檢查這種BGA錫球2D的X-Ray照片,原則上就是在檢查其BGA球形的大小及形狀,如果有發現過大或過小的錫球或是呈現出不規則圓形的錫球,就可能是有問題的焊點,所以工作熊強烈建議一定要有對照組,也就是要有一個良品與一個不良品BGA的X-Ray照片,這樣比較能夠判斷BGA的球形是否真的沒有問題,建議可以先參考【如何由X-Ray來判斷BGA有否空焊】一文,了解一下BGA空焊的兩大原因。

不過還是必須鄭重說明一下,2D的X-Ray還是無法完全判斷出BGA焊錫問題,比如說錫球大小差異不大的HIP一般還是無法由2D的X-Ray檢查出來,建議還是要有2.5D這種可以傾斜角度的X-Ray,或是5DX的X-Ray掃描才比較能看出BGA吃錫的詳細狀況。

下面這張X-Ray照片來自同一批電路板組裝的樣品,老實說這片板子也是失效板,但是焊接的問題相對比較輕微。工作熊會建議您以這張X-Ray當良品,並拿它來比較文章最上面的第一張X-Ray圖片,看看你能找出多少個有問題的錫球焊點?
Top_View_Whole

以這塊板子的設計來說,所有Via-in-pad都有做填孔鍍銅的作業,所以原則上並不存在導通孔偷錫造成少錫的問題。另外錫球的氣泡問題也還好,並沒有看到有什麼特別大的氣泡。

所以唯一的問題應該就是錫膏印刷量、錫膏印刷精確度、Reflow溫度曲線、防焊是否偏移以及有否板彎板翹造成HIP(枕頭效應)的問題。

相關閱讀:回流焊的溫度曲線 Reflow Profile

工作熊個人以為,錫膏量及其印刷精度可能是造成這片板子BGA失效的重要原因,觀察失效BGA的X-Ray照片,可以發現許多直徑變大的錫球旁邊,總伴隨著直徑變得特別小的錫球,這意味著,在融錫的過程中直徑變大的錫球把錫膏從直徑比較小的錫球搶了過去,所以才造成有些錫球顯得特別大,有些錫球則顯得特別小,可以比對良品板,來確認相對位置的錫球大小是否一致。

另外,在BGA四個角落的錫球似乎有變形的現象發生,這有可能是融錫時相鄰錫球互相拉扯錫膏,或是底下防焊印刷偏移造成焊墊未能呈現出該有的圓形,亦或是HIP所造成的錫球扭曲現象有關。

相關閱讀:電路板的防焊層印刷偏移會造成BGA短路嗎?

現在要公佈答案囉!(工作熊後來發現照片放上來之後,還有幾個點有問題的錫球,沒有標示到~糗!你有看到嗎~)

Top_view_Whole_problem。BGA錫球疑似空焊X-Ray照片。

▼左上角的X-Ray照片。Top-Left-problem。BGA錫球疑似空焊X-Ray照片。

▼右上角的X-Ray照片。Top-Right-Problem。BGA錫球疑似空焊X-Ray照片。

▼左下角的X-Ray照片。
Bottom-Left-Problem。BGA錫球疑似空焊X-Ray照片。

▼右下角的X-Ray照片。
Bottom-Right-Problem。BGA錫球疑似空焊X-Ray照片。


延伸閱讀:
用滲透染紅試驗 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊錫
如何解決BGA錫球的HIP(Head-In-Pillow)虛焊問題
BGA同時空焊及短路可能的原因
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)

工作熊您好
我目前任職一間電子公司,公司的PCBA都是委外打件,但因公司規模小產量不大,無法和有規模的打件廠配合(目前打件廠檢驗設備都不足),最近公司要試樣一款四層版的PCBA 需用X-Ray來判斷BGA有否空焊,之前加工廠是告知公司說他會去借設備來測試,但因最近遇疫情三級緊戒廠商不願外借設備以致無法測試.
但如果冒然打件那後續BGA返修打件廠更是無力處理
老闆請我們評估自購X-Ray來檢驗,但公司並非打件廠,工程師對生產製程又只略懂,對於設備之選用及規格提供都無法提出建議, 所以想請教工作熊能建議X-Ray的廠牌及規格嗎? 另外即使添置設備,但依公司製程專業的能力能自己判斷及操作嗎? 謝謝!

陳鈺蕙,
建議你可以請你們的代工廠幫忙評估,因為只有他們最清楚你們的需求。
另外,也可以考慮consign給代工廠,也就是你們出錢買設備放在代工廠,設備資產屬於你們,到時候你們也可以搬走,當然最好有合約。
最後,如果你有在看我的部落格,應該知道[2D X-Ray]其實不太容易看出BGA有無空焊,建議至少要[2.5D X-Ray],也就是可以傾斜角度的X-Ray,解析度當然是越高越好,但是得看你們的實際需求而定,可以跟著代工廠一起找X-Ray賣家諮詢。不過,就算是[2.5D X-Ray]也不是百分百可以看出BGA有無空焊,這點你必須要先有認知。


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