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

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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

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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

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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,

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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

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(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%。

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(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

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(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。

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(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。

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(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。

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(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。

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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

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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

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。

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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

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均匀一致的合格焊球

2D传输影象 2D传输影象

3D 影象

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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

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BGA焊球空洞的图像 BGA焊球空洞的图像

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