X光機(jī)檢測BGA-焊球虛焊情況分析

BGA焊球虛焊檢測情況分析ViewXX-rayX光機(jī)2021/6/271一焊接品質(zhì)優(yōu)良的BGA焊球（圖一）可看到“DarkRing”

焊錫膏有良好“wetting”說明：焊錫膏完全熔融并且完全wetting（潤濕）電路板，形成“DarkRing”效果。2021/6/272二焊接品質(zhì)一般的BGA焊球（圖二）看不到“DarkRing”

焊錫膏沒有“wetting”說明：焊球大小正常，說明焊錫膏完全熔融，但看不到“DarkRing”，說明焊錫膏沒有wetting（潤濕）電路板，所以沒有形成“DarkRing”效果。2021/6/273三焊接品質(zhì)不佳的BGA焊球A焊球明顯偏小焊球明顯偏小，四周發(fā)虛OPEN2021/6/274三焊接品質(zhì)不佳的BGA焊球B焊球明顯偏大，且看不到“DarkRing”

焊球明顯偏大OPEN2021/6/275一優(yōu)良焊接質(zhì)量BGA的判定方法

圖一圖二圖一：運(yùn)用VIEW－X的2D檢測，可以明顯看到BGA焊球中間有一圈顏色較深的“Dark

Ring”；表明此BGA焊球的焊接質(zhì)量非常好。注：圖一的“DarkRing”，即圖二黃色虛線與紅色虛線二者之間的區(qū)域圖二：黃色虛線與紅色虛線之間形成的“DarkRing”區(qū)域，是焊錫膏完全熔融后，BGA

焊球與PCB的焊盤焊接良好，且焊錫膏對PCB焊盤有良好的“wetting”即潤濕效果，而形成的圖形效果。2021/6/276二“DarkRing”的形成原理

1，不同材料對x射線的不透明系數(shù)：X射線由一個微焦點(diǎn)X射線管產(chǎn)生，穿過管殼內(nèi)的一個鈹窗，并投射到試驗樣品上。樣品對X射線的吸收率或透射率取決于樣品所包含材料的成分與比率。穿過樣品的X射線轟擊到X射線敏感板上的磷涂層，并激發(fā)出光子，這些光子隨后被攝像機(jī)探測到，然后對該信號進(jìn)行處理放大，由計算機(jī)進(jìn)一步分析或觀察。不同的樣品材料對X射線具有不同的不透明系數(shù)見表1.處理后的灰度圖像顯示了被檢查的物體密度或材料厚度的差異。表1不同材料對X射線的不透明度系數(shù)材料用途X射線不透明度系數(shù)塑料包裝極小金芯片引線鍵合非常高鉛焊料高鋁芯片引線鍵合，散熱片極小錫焊料高銅PCB印制線中等環(huán)氧樹脂PCB基板極小硅半導(dǎo)體芯片極小2021/6/2772，剖面圖說明“DarkRing”的形成原理區(qū)域A區(qū)B區(qū)相同材質(zhì)芯片芯片BGA本體BGA本體PCB板PCB板不同材質(zhì)對比焊錫膏BGA焊盤焊錫膏PCB焊盤（圖三）圖三通過對比A、B區(qū)域所各自包含的材質(zhì)，可以看出不同材質(zhì)對比中，A區(qū)域的材質(zhì)為焊錫膏，B區(qū)域的材質(zhì)為BGA和PCB的焊盤（銅箔），根據(jù)表1得知：焊錫膏對X射線的不透明系數(shù)大于銅的不透明系數(shù)，從而A區(qū)域?qū)射線的不透明系數(shù)總和大于B區(qū)域的不透明系數(shù)總和。當(dāng)X射線同時等量進(jìn)入A、B區(qū)域后，擊穿A區(qū)域的X射線數(shù)量將少于擊穿B區(qū)域的X射線數(shù)量。信號接受器因接收不等量的光電子信號，故而會在A、B區(qū)域的投影區(qū)產(chǎn)生不同明暗對比度的圖像效果。這就是良好焊接的BGA焊球會產(chǎn)生如圖一所示的“DarkRing”效果。（圖四）材質(zhì)對比表2021/6/2782，剖面圖說明“DarkRing”的形成原理（圖四）X射線同時等量進(jìn)入A、B區(qū)域擊穿A區(qū)域的X射線數(shù)量少于擊穿B區(qū)域的X射線數(shù)量A區(qū)材質(zhì)透明系數(shù)B區(qū)材質(zhì)透明系數(shù)芯片中等芯片中等BGA本體高BGA本體高PCB板底PCB板底焊錫膏高BGA焊盤中等焊錫膏高PCB焊盤中等透明系數(shù)對比表2021/6/279三、BGA虛焊在2D檢測下的表現(xiàn)形式A焊球明顯偏小（圖三）圖三OPEN造成原因：一、印刷問題：

1、鋼網(wǎng)的孔堵塞，焊錫膏沒刷上；

2、鋼網(wǎng)印刷過程中升起速度太慢，導(dǎo)致焊錫又被鋼網(wǎng)帶走，PAD上焊錫量不足。二、回流焊問題：

1、焊球的焊料流到附近的通孔，也會造成焊錫量不足。

2、回流溫度曲線不對：焊錫膏質(zhì)量問題貼片精確度和壓力不夠2021/6/2710三、BGA虛焊在2D檢測下的表現(xiàn)形式焊球明顯偏大，且看不到“DarkRing”（圖四）造成原因：PCB焊盤銅箔噴錫的表面氧化層太厚，對焊錫膏產(chǎn)生拒焊，盡管焊錫膏已完全熔融，但焊錫膏無法潤濕PCB的焊盤，導(dǎo)致PCB焊盤上的焊膏與BGA焊球熔融為一體，造成BGA焊球球體變大的現(xiàn)象。圖四OPEN2021/6/2711三、總結(jié)

BGA焊球的虛焊現(xiàn)象，在焊球底部與焊盤之間是非常細(xì)微的，所以對比度變化很細(xì)微。目前市場上亦有運(yùn)用3D技術(shù)的X-RAY，意圖是對焊球的虛焊進(jìn)行直接目視觀察。其工作原理為：將探測器傾斜后圍繞BGA焊球進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，以創(chuàng)造直接目視觀察焊球底部與焊盤之間的焊接狀況的機(jī)會。而由于現(xiàn)代BGA封裝技術(shù)，對高I/O數(shù)的不斷要求和發(fā)展，也要求BGA焊球之間的間距向更小間距發(fā)展。采用3D技術(shù)的檢測設(shè)備，當(dāng)其探測器在傾斜到一定角度時，焊球與焊球之間因互相遮擋，對BGA內(nèi)部的焊球底部，因“視線遮擋”已經(jīng)無法直接觀測。而對BGA外部的焊球來說，也可能存在檢測限制，即BGA旁邊的其他元器件可能對BGA焊球底部造成的“視線遮擋”，從而可能對3D檢測效果產(chǎn)生不利影響。即便BGA旁邊無其他元器件對焊球造成遮擋時，3D檢測手段亦只能對BGA焊球的外側(cè)進(jìn)行局部觀察，這仍然是因為BGA焊球之間因微小間距而造成的“視線遮擋”。所以3D檢測虛焊，理論上是以通過直接的目視觀察，以提高“虛焊”檢測的直觀性，而