SMT工艺 | BGA焊接不良的判定方法
BGA（Ball Grid Array）封装因其高密度、良好的电性能和散热性能，在现代电子产品中被广泛应用。然而，由于其焊点隐藏在封装体下方，肉眼无法直接观察，因此对BGA焊接质量的判定成为一项挑战。有效的判定方法对于确保产品可靠性至关重要。本文将系统地介绍几种BGA焊接不良的判定方法，以帮助工程师们更准确地评估焊接质量。
一、外观检查法
虽然BGA焊点无法直接看到，但外观检查仍然是初步筛选的重要步骤。通过检查BGA封装体及其周围区域，可以发现一些与焊接质量相关的线索。
目视检查：
封装体外观： 检查BGA封装体是否有裂纹、划痕、变形或封装材料缺失。这些都可能是在焊接过程中因过热或机械应力造成的。
助焊剂残留： 检查封装体周围是否有过多的助焊剂残留。过多的助焊剂可能导致焊接不完全或短路。
焊盘和阻焊层： 检查PCB上的焊盘和阻焊层是否有损坏、气泡或剥落。这些问题会直接影响焊点的形成。
元件位置： 检查BGA元件是否对准焊盘，是否有明显的偏移或旋转。元件的对中不良是导致焊接缺陷（如开路或短路）的常见原因。
放大镜/显微镜检查：
使用高倍放大镜或体视显微镜，可以更清晰地观察BGA边缘的焊球和焊盘。
焊球形态： 观察封装体最外圈的焊球，理想的焊点应呈光滑、饱满的半球形。如果焊球形状不规则、有尖刺或呈“瓜子形”，则可能存在焊接不良。
润湿情况： 检查焊球与焊盘的润湿情况。良好的润湿表现为焊球与焊盘边缘过渡平滑，无明显的“不润湿”现象。
二、X射线检测法 (X-ray Inspection)
X射线检测是目前最可靠、最常用的BGA焊接质量判定方法。它利用X射线的穿透能力，能够“透视”BGA封装体，直接观察到内部的焊点形态。
基本原理： X射线穿过BGA封装和PCB，被不同密度的物质（如锡球、硅芯片、PCB）吸收或反射。通过对穿透X射线的强度进行分析，可以生成二维或三维图像，从而显示出焊点的内部结构。
X-ray可判定的焊接缺陷：
开路 (Open)： 焊球与焊盘之间没有接触或接触不良。在X-ray图像中表现为焊球与焊盘之间有明显的空隙。
短路 (Short)： 相邻焊球之间发生桥接。在X-ray图像中表现为两个或多个焊点连接在一起。
空洞 (Void)： 焊球内部存在气泡。这是最常见的BGA焊接缺陷之一。少量的、小的空洞是可接受的，但过大或集中在焊球中心的空洞会影响焊点的可靠性和导热性能。在X-ray图像中，空洞表现为焊球内部的深色斑点。
锡球偏移或不完全对准： 焊球与焊盘没有完全对准。X-ray图像可以清晰地显示出每个焊球相对于焊盘的位置。
锡球坍塌 (Collapsed Solder Ball)： 焊球过度熔化，导致其高度过低。这会影响焊点的机械强度和可靠性。
冷焊 (Cold Solder Joint)： 焊球没有完全熔化形成良好的焊点。在X-ray图像中，焊点可能看起来不饱满，且边缘不光滑。
墓碑效应 (Tombstoning)： 通常发生在较小的贴片元件上，但如果BGA一侧的焊球没有充分润湿，也可能出现类似的不良形态。
优点和局限性：
优点： 非破坏性，可直接观察内部焊点形态，是判断BGA焊接质量最有效的手段。
局限性： 设备成本高；对于复杂的多层板，图像可能存在重影或难以分辨。
三、功能测试法 (Functional Test)
功能测试是验证产品是否能正常工作的最终方法。它通过模拟产品在实际应用中的工作环境，来验证BGA芯片及其连接的电路是否正常。
基本原理： 将BGA安装到产品上，然后进行各种功能性测试，例如通电、数据读写、信号传输等。
功能测试可判定的焊接缺陷：
如果BGA的某个焊点存在开路或短路，可能导致芯片无法正常工作，例如无法启动、数据传输错误、信号失真等。功能测试可以直观地发现这些问题。
优点和局局限性：
优点： 最直接、最有效的验证方法，确保产品能正常使用。
局限性： 只能发现导致功能失效的缺陷，无法定位具体的焊接问题。例如，当功能测试失败时，无法直接判断是BGA焊接不良、芯片损坏还是其他电路问题。
在实际生产中，通常会综合运用多种判定方法来确保BGA的焊接质量。
生产线上： 通常采用X射线检测作为主要手段，结合ICT在线测试进行快速、大批量的检测。
新产品导入或工艺验证阶段： 除了X射线和ICT，还可能需要进行功能测试来验证产品的可靠性。
故障分析： 当产品出现故障时，可以采用X射线、甚至切片分析（破坏性分析）等方法，深入分析BGA焊点的内部结构，找出故障根源。
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