BGA常见缺陷检测及预防
现代电子制造装联工序链缺陷与故障经典案例库
作者：樊融融
Q：BGA有哪些常见缺陷？常用的检测方法有哪些？
A：BGA常见缺陷有空洞，开裂，锡珠，枕头效应，焊料桥连等。
常用的检测方法分为非破坏性和破坏性两类。
1、外观检查，可使用目检、隐藏焊点检测仪进行。从器件（LGA除外）与PCB之间的间隙检查，焊点的外观，润湿，坍陷情况，是否存在桥连。
图 1 使用隐藏焊点检测仪进行检测
2、X射线分析：可使用2D、3D X-Ray检测仪进行。
图 2 X射线检测仪
破坏性检测包括：
1、金相切片配合显微镜观察
图 3 金相切片流程
图 4 BGA焊球常见缺陷切片观察
图 5 扫描电镜观察焊点缺陷
2、红墨水分析：检测存在开裂的失效焊点位置
图 6 红墨水分析操作过程
图 7 红墨水分析结果
3、剪切力测试
图 8 剪切力测试
Q：BGA空洞形成原因及预防措施？
A：空洞有可能出现在BGA焊料球中、焊点/BGA界面中，及焊点/印制板界面中。不同空洞来源也不同。
图 9 BGA各类空洞
IPC-7095中对BGA锡球中气泡允收标准做出了比较细致的定义：
图 10 不同种类空洞及其对应的可接受标准
常见原因有以下几种：
1、焊端不良、吸水、氧化等。
图 11 PCB焊盘表面不良：空洞集中于PCB焊盘表面与焊料之间的界面，且PCB侧的焊料润湿角>90°
吸水：水在加热时汽化，在焊点内形成很大的气泡，甚至能使相邻的锡球由于焊锡溢出而短路。
氧化：
1、使得助焊反应更剧烈，形成更多的气泡；
2、氧化不易完全清除，润湿速度较慢，不利于气泡外排；
3、由于拒焊而形成气泡集中。
图 12 焊球空洞
对策：
1、焊接前对PCB板进行预烘干；
2、焊接过程中充氮气；
3、焊接前进行物料检查，拒用氧化严重的物料。
2、盘中孔焊盘设计
SMT时，焊锡覆盖在通孔上，孔内部空气难以逃溢。“盘中孔”焊盘设计的结构特点容易使焊点出现大空洞。
图 13 盘中孔造成焊球空洞
图 14 盘中孔设计
3、助焊剂活性不足
焊膏中的助焊剂残渣未及时排除，在高温下裂解形成气泡。锡膏中助焊剂活性不足导致焊接面杂质在焊点融化时未排除，形成气泡。
图 15 氧化层在焊点融化时未完全去除
对策：
1、提升助焊剂活性；2、控制助焊剂用量
4、焊接参数控制不当
（1）预热不充分：预热不充分导致锡膏或者助焊剂挥发不完全，最终在焊点内部形成空洞。
（2）回流时间过长或过短都可能产生气泡：较长的回流时间有利于气泡的逃溢；时间过长的回流会加剧助焊剂裂解；PAD再氧化形成更多气泡。
图 16 适当延长回流时间，减少焊球内空洞
对策：优化温度曲线，适当延长预热时间，控制合适的回流时间。