如何從紅墨水測試中判斷BGA開裂的不良原因

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當發生BGA失效使用「紅墨水(Red Dye)」測試來分析問題並發現有錫球開裂的情形時,你知道要如何判斷其真因嗎?還是紅墨水就只能告訴我們有無錫球開裂而已,其他的就只能自求多福?

一般BGA錫球開裂大致可以歸納為HIP(Head-In-Pillow)HoP(Head-On-Pillow)NOW(Non-Wet-Open)以及焊錫後應力造成,但每種現象都可能有複合原因,其實如果想知道BGA錫球開裂是何種不良現象的最好的方法是做切片並打元素分析,這樣才比較有客觀的證據證明真因。不過切片前必須先透過店性測試的方法先確認是哪幾個錫球有問題,這樣才能針對錫球來做切片。

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紅墨水染紅測試分析的允收標準
簡介用紅墨水試驗 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊錫有否破裂

說真的,工作熊個人並不是很喜歡用「紅墨水」來分析BGA錫球開裂的問題,因為紅墨水測試很容易出差錯,因為操作上一不小心就可能破壞掉原始的證據與現象,而且不易判斷真因。但紅墨水確實是目前最便宜的檢測方法,而且只要有烤箱,買了紅墨水來也可以自己做,只是紅墨水是一種破壞性測試,如果你的樣品只有一個,建議你還是先透過X-Ray檢查是否有空焊以及使用「光纖攝影機」來檢查BGA邊緣的錫球有無發生HIP或NWO的現象。

如果你的不良樣品夠多,不只一個,工作熊才會建議在切片前先使用紅墨水來做初步的驗證,因為一般使用紅墨水測試大概只能看出錫球有無開裂,以及錫球開裂的分佈。

嚴格來說,在紅墨水測試後應該將之置放於高倍顯微鏡下觀察其開裂的斷面現象,要了解其斷面為光滑圓弧斷面或是粗糙斷面以判斷是HIP/HoP或NWO的SMT製程 或是之後因為組裝或成品使用時跌落地面所造成的外力衝擊損傷。

所以紅墨水測試時應該記錄下列的現象:

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紅墨水測試的結果判斷(可能會有其他符合原因):

如果是NWO及HIP則偏向製程問題,這類問題通常是因為PCB板材或是BGA載板過reflow高溫時變形所引起,但變形量也關係到產品的設計,PCB上的銅箔佈線不均勻或太薄時會比較容易造成變形。其次是焊錫鍍層氧化。

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BGA錫球因外部應力造成的開裂一般有下列幾種可能:

請記得如果是應力造成的錫球破裂當然會先從其最脆弱的地方開始破裂囉,如果是SMT的reflow焊接沒有焊好,就應該會斷裂在BGA的錫球(ball)與電路板的焊墊之間,暫且不計材料氧化問題。如果是焊墊的設計太小導致無法承受太大的落下衝擊力時,就會造成電路板上的焊墊被拉扯下來的現象,其實這種現象也有可能是PCB廠商壓合不好造成

建議先閱讀:如何判斷BGA掉件是SMT工廠製程或是設計問題?


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