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

  • 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%

  • 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，说明这个焊球根本就没有发生焊接而坍塌，这样 说明这个焊球根本没发生焊接而坍塌， 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。

  • 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%，并没单个空洞出现在焊 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%。

  • 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。

  • 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。

  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。

  • 然后对信号做处理放大，由计算机进一步分析或观察 然后对信号做处理放大， • 根据不一样的材料对x射线的不透明度系数的差异，利用图像 根据不一样的材料对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

  • 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，

  • 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。

  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

  桥接和短路也是不可接受的，根本原因： 桥接和短路也是不可接受的，根本原因： • 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。

  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%；

  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的焊点检验测试标准 了解BGA CSP的焊点检验测试标准 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

  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

  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

  脱焊是不可接受的，根本原因： 脱焊是不可接受的，根本原因： • 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）

  • 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的焊点检验测试标准 了解BGA CSP的焊点检验测试标准 BGA、 • 正确使用自动X射线的图形分析软件 正确使用自动X

  （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。