當(dāng)發(fā)生BGA失效使用「紅墨水（Red Dye）」測試來分析問題并發(fā)現(xiàn)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)或HoP(Head-On-Pillow)與NOW(Non-Wet-Open)以及焊錫后應(yīng)力造成，但每種現(xiàn)象都可能有復(fù)合原因，其實如果想知道BGA錫球開裂是何種不良現(xiàn)象的最好的方法是做切片并打元素分析，這樣才比較有客觀的證據(jù)證明真因。不過切片前必須先透過店性測試的方法先確認(rèn)是哪幾個錫球有問題，這樣才能針對錫球來做切片。

建議先閱讀： 

簡介用紅墨水試驗 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊錫有否破裂

 

說真的，深圳宏力捷個人并不是很喜歡用「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(jù)與現(xiàn)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(jī)」來檢查BGA邊緣的錫球有無發(fā)生HIP或NWO的現(xiàn)象。

 

如果你的不良樣品夠多，不只一個，深圳宏力捷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，以及錫球開裂的分布。

嚴(yán)格來說，在紅墨水測試后應(yīng)該將之置放于高倍顯微鏡下觀察其開裂的斷面現(xiàn)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制程 或是之后因為PCBA組裝或成品使用時跌落地面所造成的外力沖擊損傷。

所以紅墨水測試時應(yīng)該記錄下列的現(xiàn)象：

?　記錄每個錫球被紅墨水染紅的面積。

?　觀察并記錄錫球斷裂在錫球與BGA載板之間（繼續(xù)檢查BGA載板的焊盤有無剝離現(xiàn)象，紅墨水是否進(jìn)入到焊墊剝離處）、錫球與PCB之間（繼續(xù)檢查PCB的焊盤有無剝離現(xiàn)象，紅墨水是否進(jìn)入到焊墊剝離處）、斷裂于錫球的中間（檢查斷面形狀）。

?　記錄所有斷裂面的外觀形狀、光滑或粗糙。

 

紅墨水測試的結(jié)果判斷（可能會有其他符合原因）：

?　如果斷裂發(fā)生在錫球與BGA載板之間，就繼續(xù)檢查BGA載板的焊盤有無剝離現(xiàn)象，紅墨水是否進(jìn)入到焊墊剝離處，如果有，這可能關(guān)系到問題可能來自BGA載板的品質(zhì)問題或BGA載板的焊盤強(qiáng)度不足以負(fù)荷外部應(yīng)力所造成問題的責(zé)任歸屬。

?　如果斷裂發(fā)生在錫球與PCB之間，就繼續(xù)檢查PCB焊盤有無剝離現(xiàn)象，紅墨水是否進(jìn)入到焊墊剝離處，如果沒有，則可能是NWO問題，但是要繼續(xù)觀察斷面的形狀及粗糙度，如果焊墊剝離且紅墨水進(jìn)入剝離處，則問題可能來自PCB板廠的品質(zhì)或是PCB本身的焊盤強(qiáng)度就不足以負(fù)荷外部應(yīng)力所造成的開裂。

?　如果斷裂發(fā)生在BGA錫球的中間，就要繼續(xù)觀察其斷面為圓弧面、光滑面、粗糙面、平面，如果是光滑的圓弧面，就有可能是HIP，相反的就比較偏向外部應(yīng)力引起的開裂。

如果是NWO及HIP則偏向制程問題，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(guān)系到產(chǎn)品的設(shè)計，PCB上的銅箔布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。

延伸閱讀：板彎板翹發(fā)生的原因與防止的方法

 

BGA錫球因外部應(yīng)力造成的開裂一般有下列幾種可能：

?　板階測試造成。 

一般的板階測試會使用針床之類的測試治具，如果針床治具上的應(yīng)力分布不均就可能產(chǎn)生BGA錫球破裂的可能。可以使用應(yīng)力-應(yīng)變分析儀檢查。

?　PCBA成品組裝造成。 

有些設(shè)計不良的成品PCBA組裝作業(yè)，可能會彎折到電路板，這有可能是鎖螺絲、使用卡勾定位、成品機(jī)殼支撐電路板的機(jī)構(gòu)未設(shè)計在同一水平面上…等原因所造成，也是可以使用應(yīng)力-應(yīng)變分析儀來檢查。

?　成品于客戶端因使用不小心而掉落地面的沖擊所造成板彎應(yīng)力。 

這個也可以使用應(yīng)力-應(yīng)變分析儀來模擬落下時的變形量算出來。

?　因為環(huán)境溫度變化所造成的熱脹冷縮變形。 

這個原因比較少，因為在研發(fā)階段應(yīng)該就可以抓出來，除非沒有徹底執(zhí)行環(huán)境測試。

 

請記得如果是應(yīng)力造成的錫球破裂當(dāng)然會先從其最脆弱的地方開始破裂蘿，如果是SMT的reflow焊接沒有焊好，就應(yīng)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(shè)計太小導(dǎo)致無法承受太大的落下沖擊力時，就會造成電路板上的焊墊被拉扯下來的現(xiàn)象，其實這種現(xiàn)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工廠制程或是設(shè)計問題?