BGA、CSP焊点缺陷分析与自动X射线检测(AXI)图像的评估和判断

（6）移位（焊球与PCB焊盘不对准） 移位（焊球与PCB焊盘不对准 焊盘不对准）
• 一种可能是由于贴片偏移过大造成的； 一种可能是由于贴片偏移过大造成的； • 另一个原因是焊接温度过低，焊接过程中没有到达 另一个原因是焊接温度过低， 使焊球完成二次下沉的温度， 使焊球完成二次下沉的温度，没有完成自校准效应 就结束焊接。这种情况下，贴片造成的偏移量不能 就结束焊接。这种情况下， 被纠正，因此会造成焊球与PCB焊盘不对准 焊盘不对准、 被纠正，因此会造成焊球与PCB焊盘不对准、看上 去焊球的形状是扭曲的。 去焊球的形状是扭曲的。
例如： 例如：X射线检查焊点虚焊的例子
首先要了解：回流焊工艺过程中，三个阶段焊球直径的变化 首先要了解：回流焊工艺过程中，
• A阶段（150℃， 阶段（150℃， 焊球没有熔化） 焊球没有熔化） • BGA高度等于 BGA高度等于 焊球直径
• B阶段（183℃，开 阶段（183℃， 始塌陷） 始塌陷） • BGA高度等于焊球 BGA高度等于焊球 直径的80% 80%； 直径的80%；
（2）脱焊（裂纹或“枕状效应”) 脱焊（裂纹或“枕状效应”
脱焊是不可接受的，主要原因： 脱焊是不可接受的，主要原因： • 温度过低或温度过高 • 较薄的板或拼板 PCB翘曲，或PBGA的塑料（BT树 PCB翘曲 翘曲， PBGA的塑料 BT树 的塑料（ 脂）基板变形 • 焊球表面氧化物和污染物 • 焊盘设计金属化孔加工在焊盘上，焊料从孔中流出； 焊盘设计金属化孔加工在焊盘上，焊料从孔中流出； • 印刷缺陷（漏印或少印）造成的 印刷缺陷（漏印或少印）
PCB中间形变较大， PCB中间形变较大，但拼板时可能每块小板边缘的形变比较大 中间形变较大
（3）桥接和短路
桥接和短路也是不可接受的，主要原因： 桥接和短路也是不可接受的，主要原因： • 焊膏量过多或印刷缺陷（焊膏图形粘连） 焊膏量过多或印刷缺陷（焊膏图形粘连） • 贴片后手工拨正时由于焊膏滑动造成的 • 焊接温度过高，焊料液态时间太长，焊球过度塌陷 焊接温度过高，焊料液态时间太长， • 焊盘设计间距过窄造成的 • PBGA的塑料基板吸潮，焊接时在高温下水蒸气膨 PBGA的塑料基板吸潮， 的塑料基板吸潮 胀引起焊盘起翘，使相邻焊点桥接。 胀引起焊盘起翘，使相邻焊点桥接。
如何正确评估和判断焊接缺陷 • 首先要了解BGA、CSP的工艺 首先要了解BGA CSP的工艺 BGA、 • 了解BGA、CSP的主要焊接缺陷 了解BGA CSP的主要焊接缺陷 BGA、 • 了解各种缺陷的产生原因 • 了解BGA、CSP的焊点检测标准 了解BGA CSP的焊点检测标准 BGA、 • 还要正确使用自动X-Ray的图形分析软件。 还要正确使用自动X Ray的图形分析软件。 的图形分析软件
四角外圈五点的球大于内侧
（4）冷焊、锡球熔化不完全 冷焊、
• 冷焊、锡球熔化不完全是由于焊接温度过低造成的， 冷焊、锡球熔化不完全是由于焊接温度过低造成的， 也是不可接受的。 也是不可接受的。
（5）焊点扰动
• 焊点扰动是焊点冷却凝固时由于PCB震动，或由于加 焊点扰动是焊点冷却凝固时由于PCB震动， 震动 热过程中PCB膨胀变形，冷却凝固时PCB收缩变形应 热过程中PCB膨胀变形，冷却凝固时PCB收缩变形应 膨胀变形 力造成的，无铅焊点表面粗糙不属于焊点扰动。 力造成的，无铅焊点表面粗糙不属于焊点扰动。
三、X射线检测BGA、CSP焊点图像 射线检测BGA、CSP焊点图像
的评估和判断
X射线图像检测基本原理
•
X射线由一个微焦点X射线管产生，穿过管壳内的一个铍 射线由一个微焦点X射线管产生， 窗，并投射到测试样品上，穿过样品的X射线轰击到X射 并投射到测试样品上，穿过样品的X射线轰击到X 线敏感板上的磷涂层，并激出发光子， 线敏感板上的磷涂层，并激出发光子，这些光子随后被 摄像机探测到
X射线倾斜一定角度检查BGA虚焊缺陷 射线倾斜一定角度检查BGA虚焊缺陷 倾斜一定角度检查BGA
未熔化的焊球
塌陷的焊球
四、大尺寸BGA 的焊盘与模板设计 大尺寸BGA
Pitch 1.27mm 1.0mm 0.8mm 0.5mm 直径 外三圆28mil,其余24mil 外三圆28mil,其余24mil 28mil,其余 外三圆22mil,其余20mil 外三圆22mil,其余20mil 22mil,其余 外二圆17mil,其余15mil 外二圆17mil,其余15mil 17mil,其余 外二圆11.5mil,其余11mil 外二圆11.5mil,其余11mil 11.5mil,其余 Socket BGA（BGA插座） BGA（BGA插座 插座） Pitch 1.27mm 1.0mm 直径 外五点32mil,其余24mil 外五点32mil,其余24mil 32mil,其余 外五点24mil,其余20mil 外五点24mil,其余20mil 24mil,其余
3-2 BGA、CSP焊点缺陷分析 BGA、CSP焊点缺陷分析
与自动X射线检测（AXI）图像的评估和判断 自动X射线检测（AXI）
（参考：[工艺] 第10章，10.5） 参考： 工艺] 10章 10.5）
顾霭云
如何正确评估和判断BGA焊接缺陷 如何正确评估和判断BGA焊接缺陷
• 了解BGA、CSP的主要焊接缺陷 了解BGA CSP的主要焊接缺陷 BGA、 • 了解缺陷的产生原因 • 了解BGA、CSP的焊点检测标准 了解BGA CSP的焊点检测标准 BGA、 • 正确使用自动X射线的图形分析软件 正确使用自动X
• 然后对信号进行处理放大，由计算机进一步分析或观察 然后对信号进行处理放大， • 根据不同材料对x射线的不透明度系数的差异，利用图像 根据不同材料对x射线的不透明度系数的差异， 分析软件来分析和判断焊点质量。 分析软件来分析和判断焊点质量。
X-ray焊点图像分析 ray焊点图像分析
• X射线透视图能够定量地显示出焊点厚度、 射线透视图能够定量地显示出焊点厚度、 形状及质量的密度分布。根据X 形状及质量的密度分布。根据X射线检测到 的厚度、形状及质量的密度分布指标及图像， 的厚度、形状及质量的密度分布指标及图像， 结合强大的图像分析软件就能够分析和判断 焊点的焊接质量
二、BGA主要焊接缺陷的原因分析 BGA主要焊接缺陷的原因分析
（1）空洞
• 焊接空洞是由于在BGA加热期间焊料中的助焊剂、 焊接空洞是由于在BGA加热期间焊料中的助焊剂 加热期间焊料中的助焊剂、 活化剂与金属表面氧化物反应时产生的气体和气体 在加热过程中膨胀所导致的（ 包括受潮）。 在加热过程中膨胀所导致的（ 包括受潮）。 • IPC-A-610D验收标准为，焊球中的空洞不应该超 IPC- 610D验收标准为 验收标准为， 过焊料球直径的25%， 过焊料球直径的25%，并且没有单个空洞出现在焊 接点外表。如果多个空洞出现在焊球内部，空洞的 接点外表。如果多个空洞出现在焊球内部， 总和不应该超过焊料球直径的25%。 总和不应该超过焊料球直径的25%。
一、BGA的主要焊接缺陷与验收标准 BGA的主要焊接缺陷与验收标准
• BGA的主要焊接缺陷： BGA的主要焊接缺陷： 的主要焊接缺陷 空洞、脱焊（开路）、桥接（短路）、焊球内部裂 空洞、脱焊（开路）、桥接（短路）、焊球内部裂 ）、桥接 ）、 纹、焊接界面的裂纹、焊点扰动、冷焊、锡球熔化 焊接界面的裂纹、焊点扰动、冷焊、 不完全、移位（焊球与PCB焊盘不对准）、球窝等 PCB焊盘不对准）、 不完全、移位（焊球与PCB焊盘不对准）、球窝等 缺陷。 缺陷。 • 目前，验收标准大多采用美国电子装联业协会制定 目前， 的IPC-A-610D， IPC- 610D，
均匀一致的合格焊球
2D传输影象 2DHale Waihona Puke Baidu输影象
3D 影象
BGA焊球桥接的图像 BGA焊球桥接的图像
2D传输影象 2D传输影象
局部放大
3D 影象
BGA焊球空洞的图像 BGA焊球空洞的图像
2D传输影象 2D传输影象
局部放大
3D 影象
X-ray焊点图像分析需将软件与工艺结合， ray焊点图像分析需将软件与工艺结合 焊点图像分析需将软件与工艺结合， IPC- 610D验收标准相结合 验收标准相结合。 与IPC-A-610D验收标准相结合。
• C阶段（230℃最 阶段（230℃最 后塌陷阶段） 后塌陷阶段） • BGA高度等于焊球 BGA高度等于焊球 直径的50% 直径的50%
虚焊的检查是通过一定的原理分析出来的
• 当X射线倾斜一定角度观察BGA时，焊接良好的焊 射线倾斜一定角度观察BGA时 倾斜一定角度观察BGA 球由于会发生二次坍塌而不再是一个球形的投影， 球由于会发生二次坍塌而不再是一个球形的投影， 而是一个拖尾的形状 • 如果焊接后BGA焊球的X射线投影仍然是一个圆形的 如果焊接后BGA焊球的X BGA焊球的 话，说明这个焊球根本没有发生焊接而坍塌，这样 说明这个焊球根本没有发生焊接而坍塌， 就可以推定该焊点是虚的，或是开路的结构。所以， 就可以推定该焊点是虚的，或是开路的结构。所以， 使用好X 使用好X光透视技术还需要有相关的知识和实践经 验。
（7）球窝缺陷
• 焊膏印刷的厚度不够或者焊膏量不足 • BGA共面性差 BGA共面性差 • 温差引起球窝缺陷。据统计，大约有95%以上的球窝 温差引起球窝缺陷。据统计，大约有95%以上的球窝 出现在元件的一侧或者一角。优化温度曲线， 出现在元件的一侧或者一角。优化温度曲线，充分预 热，减少四个角的∆T，球窝缺陷明显有了改善。 减少四个角的∆ 球窝缺陷明显有了改善。 • 器件或PCB在加热过程中变形 器件或PCB在加热过程中变形 • 目前有的公司针对X射线不能判断那些不明显的焊接 目前有的公司针对X 缺陷，采用光学检测（AOI或内窥镜 来弥补X 或内窥镜） 缺陷，采用光学检测（AOI或内窥镜）来弥补X射线 的不足。 的不足。