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BGA-IC功能不良真的是很多PCBA電子公司的痛，尤其現(xiàn)在的CPU幾乎全都采用BGA封裝，當(dāng)有開機(jī)不良品從客戶端退回，需要分析不良原因時(shí)，最常采用的就是紅墨水測試(Red Dye Test)法了，因?yàn)榧t墨水測試的好處是可以讓人一目了然，了解整顆BGA在哪些位置有錫球發(fā)生了裂縫(crack)問題，方便制程及研發(fā)單位快速了解可能原因與可能的應(yīng)力(Stress)來源。
 

不過，這紅墨水測試其實(shí)是一種破壞性測試，建議一定要等到所有非破壞性的可行方案都試過了，最后才做這個(gè)紅墨水破壞性測試。做過紅墨水測試的樣品，理論上還是可以再拿去做切片(Cross-Section)做進(jìn)一步的SEM(Scanning Electron Microscope)顯微照相及EDX(Energy-Dispersive X-ray spectroscopy)金屬元素分析，但樣品畢竟已在紅墨水測試時(shí)曾經(jīng)過外力破壞，而且部分區(qū)域可能被紅墨水或其他物質(zhì)污染，也就是已非第一現(xiàn)場，所以后續(xù)的分析結(jié)果就會(huì)被持以保留態(tài)度。

 

另外，紅墨水測試無法判斷PCB內(nèi)層是否有問題，有些不良原因可能是PCB的導(dǎo)通孔(via)斷裂，或是內(nèi)層微短路(CAF, Conductive Anodic Filament)所造成，一旦做了紅墨水測試，這些現(xiàn)象就可能會(huì)消失或被破壞。

所以，一般比較謹(jǐn)慎的作法是先用電性測試的手法，盡可能找到是那幾顆錫球與線路可能出現(xiàn)了問題，然后抽絲剝繭，一步步的排查縮小可能范圍，最好還要分得出來是開路還是短路，最后直接做切片，直搗黃龍，一擲中的。

不過本人還是以紅墨水試驗(yàn)為淮來做說明，下面是一般實(shí)驗(yàn)室(lab)做紅墨水試驗(yàn)后所出的報(bào)告格式，有些實(shí)驗(yàn)室可能會(huì)有少許的不同，但表示方法都大同小異。
 

BGA紅墨水錫球斷裂面Type表示：

配合最上面的BGA錫球斷裂面的圖示，下面用顏色來代表錫球(ball)的斷裂面。

  Type 0 錫球無裂縫 

  Type 1 裂縫發(fā)生在錫球與零件焊墊底層之間。 零件焊墊與本體剝離。焊錫性良好。 

  Type 2 裂縫發(fā)生在錫球與零件焊墊表層之間。 零件焊墊完整，斷裂在零件端焊錫面。 

  Type 3 裂縫發(fā)生在錫球與PCB焊墊表層之間。 PCB焊墊完整，斷裂在PCB端焊錫面。 

  Type 4 裂縫發(fā)生在錫球與PCB焊墊底層之間。 焊墊與PCB本體剝離。焊錫性良好。

 

以上的分類中還缺少一樣，就是裂縫發(fā)生在錫球的中間，一般來說紅墨水測試(Red-Dye)如果發(fā)現(xiàn)有縫隙發(fā)生在錫球的中間，就有很大的可能性是SMT有問題，可能是HiP(Head-in-Pillow)/HoP(Head-of-Pillow)現(xiàn)象或錫球內(nèi)孔洞(Void)過大造成斷裂。

如果是Type 1 或 4 縫隙發(fā)生在焊墊底層，一般認(rèn)為是應(yīng)力(Stress)所造成的機(jī)率最大，而應(yīng)力可能來自PCB板彎，組裝制程中應(yīng)力（比如說鎖螺絲、針床測試），使用者彎曲產(chǎn)品，或使用者不小心摔落桌面或地面鎖造成。雖然已經(jīng)可以證明焊錫(Solderability)沒有問題，但也不排除零件或PCB經(jīng)過多次回焊高溫洗禮后造成焊墊的Bonding-Force降低的影響，一般來說焊墊都可以在三次以內(nèi)正常焊錫而不會(huì)脫落，如果PCB或BGA零件經(jīng)過多次重工或不當(dāng)高溫，也有很大可能造成焊墊脫落的現(xiàn)象。

如果是Type 2 或 3 縫隙發(fā)生在焊墊表層，一般認(rèn)為也是應(yīng)力(Stress)所造成的機(jī)率最大，其次也有可能是「NWO(Non-Wet-Open)」焊錫問題所造成，正常情況下由有經(jīng)驗(yàn)的工程師在顯微鏡下觀察就可以判斷是否與焊錫有關(guān)，斷裂面如果層光滑亮面則可能為焊錫問題，如果判斷不出來就必須再進(jìn)一步做切片(Cross-Section)，檢查IMC(Intermetallic Component)的生成狀況以做判斷，如果是ENIG的版子，可能還得打EDX看是否有「黑墊(Black pad)」現(xiàn)象，不過如果是黑墊也不應(yīng)該只有BGA有問題，其他零件多多少少也會(huì)出現(xiàn)問題才對？
 

延伸閱讀： 

如何從設(shè)計(jì)端強(qiáng)化BGA以防止其焊點(diǎn)開裂？ 
[案例]BGA錫球開裂不良，利用應(yīng)變計(jì)確認(rèn)機(jī)構(gòu)設(shè)變對策前后改善

如何從紅墨水測試中判斷BGA開裂的不良原因 

BGA錫裂，使用應(yīng)變片(Strain Gauge)量測電路板到底那個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生較大變形量

 

BGA紅墨水錫球斷裂百分比Type表示(%)：

?　Type 0：錫球無裂縫

?　Type A：錫球裂縫介于錫球總面積的1～25%。視狀況判斷可接受與否。

?　Type B：錫球裂縫介于錫球總面積的25-50%。不可接受。

?　Type C：錫球裂縫介于錫球總面積的50～75%。不可接受。

?　Type D：錫球裂縫介于錫球總面積的75～100%。不可接受。

正常來說只要BGA的錫球有裂縫就不能接受，只是有些裂縫是因?yàn)殄a球中的空洞/氣泡所造成，根據(jù) IPC-7095B 7.5.1.7規(guī)格更新，現(xiàn)在BGA錫球內(nèi)的氣泡淮統(tǒng)一要求要不得大于25%(直徑)或6.25%(面積)。
 

BGA紅墨水測試錫球斷裂對照表：

 

BGA紅墨水測試錫球斷裂對照表：

從下面不良對照表可以發(fā)現(xiàn)，BGA錫球開裂的現(xiàn)象出現(xiàn)在左手邊的上下兩個(gè)角落，這也與我們一般看到電路板因?yàn)閼?yīng)力(Stress)所造成的BGA錫球開裂不良現(xiàn)象類似，應(yīng)力最大的作用力出現(xiàn)在BGA-IC的四個(gè)角落，而這個(gè)位置又位于電路板的正中間位置，也是電路板板彎時(shí)應(yīng)力出現(xiàn)最大的位置。

如果可能的話，工作熊強(qiáng)烈建議BGA的四個(gè)角落的位置不要有錫球設(shè)計(jì)，也可以考慮設(shè)計(jì)沒有線路的假(dummy)錫球，既可以加強(qiáng)BGA的應(yīng)力承受度，如果有裂縫問題，也不會(huì)影響到功能。

BGA紅墨水測試錫球斷裂對照表

 

BGA紅墨水測試的照片與實(shí)際錫球開裂現(xiàn)象

從照片中錫球開裂的情形來判斷A1-C1及U1-Y1剛好在BGA位于電路板中間位置的上下兩個(gè)角落，所以極有可能是電路板因外力變形所造成的錫球斷裂。請注意一下，這份報(bào)告有一個(gè)地方標(biāo)示錯(cuò)誤，在C1的位置錫球的斷裂面應(yīng)該在零件面(Component Side，黃色底），但實(shí)驗(yàn)室大概忙中有錯(cuò)，標(biāo)成了藍(lán)色底的PCB面了。

 

而U20位置的25～50%錫球裂開看起來有點(diǎn)像是氣泡所造成。