當發生BGA失效使用「紅墨水（Red Dye）」測試來分析問題并發現有錫球開裂的情形時，你知道要如何判斷其真因嗎？還是紅墨水就只能告訴我們有無錫球開裂而已，其他的就只能自求多福？

 

一般BGA錫球開裂大致可以歸納為HIP(Head-In-Pillow)或HoP(Head-On-Pillow)與NOW(Non-Wet-Open)以及焊錫后應力造成，但每種現象都可能有復合原因，其實如果想知道BGA錫球開裂是何種不良現象的最好的方法是做切片并打元素分析，這樣才比較有客觀的證據證明真因。不過切片前必須先透過店性測試的方法先確認是哪幾個錫球有問題，這樣才能針對錫球來做切片。

建議先閱讀： 

簡介用紅墨水試驗 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊錫有否破裂

 

說真的，深圳宏力捷個人并不是很喜歡用「紅墨水」來分析BGA錫球開裂的問題，因為紅墨水測試很容易出差錯，因為操作上一不小心就可能破壞掉原始的證據與現象，而且不易判斷真因。但紅墨水確實是目前最便宜的檢測方法，而且只要有烤箱，買了紅墨水來也可以自己做，只是紅墨水是一種破壞性測試，如果你的樣品只有一個，建議你還是先透過X-Ray檢查是否有空焊以及使用「光纖攝影機」來檢查BGA邊緣的錫球有無發生HIP或NWO的現象。

 

如果你的不良樣品夠多，不只一個，深圳宏力捷才會建議在切片前先使用紅墨水來做初步的驗證，因為一般使用紅墨水測試大概只能看出錫球有無開裂，以及錫球開裂的分布。

嚴格來說，在紅墨水測試后應該將之置放于高倍顯微鏡下觀察其開裂的斷面現象，要了解其斷面為光滑圓弧斷面或是粗糙斷面以判斷是HIP/HoP或NWO的SMT制程 或是之后因為PCBA組裝或成品使用時跌落地面所造成的外力沖擊損傷。

所以紅墨水測試時應該記錄下列的現象：

?　記錄每個錫球被紅墨水染紅的面積。

?　觀察并記錄錫球斷裂在錫球與BGA載板之間（繼續檢查BGA載板的焊盤有無剝離現象，紅墨水是否進入到焊墊剝離處）、錫球與PCB之間（繼續檢查PCB的焊盤有無剝離現象，紅墨水是否進入到焊墊剝離處）、斷裂于錫球的中間（檢查斷面形狀）。

?　記錄所有斷裂面的外觀形狀、光滑或粗糙。

 

紅墨水測試的結果判斷（可能會有其他符合原因）：

?　如果斷裂發生在錫球與BGA載板之間，就繼續檢查BGA載板的焊盤有無剝離現象，紅墨水是否進入到焊墊剝離處，如果有，這可能關系到問題可能來自BGA載板的品質問題或BGA載板的焊盤強度不足以負荷外部應力所造成問題的責任歸屬。

?　如果斷裂發生在錫球與PCB之間，就繼續檢查PCB焊盤有無剝離現象，紅墨水是否進入到焊墊剝離處，如果沒有，則可能是NWO問題，但是要繼續觀察斷面的形狀及粗糙度，如果焊墊剝離且紅墨水進入剝離處，則問題可能來自PCB板廠的品質或是PCB本身的焊盤強度就不足以負荷外部應力所造成的開裂。

?　如果斷裂發生在BGA錫球的中間，就要繼續觀察其斷面為圓弧面、光滑面、粗糙面、平面，如果是光滑的圓弧面，就有可能是HIP，相反的就比較偏向外部應力引起的開裂。

如果是NWO及HIP則偏向制程問題，這類問題通常是因為PCB板材或是BGA載板過reflow高溫時變形所引起，但變形量也關系到產品的設計，PCB上的銅箔布線不均勻或太薄時會比較容易造成變形。其次是焊錫鍍層氧化。

延伸閱讀：板彎板翹發生的原因與防止的方法

 

BGA錫球因外部應力造成的開裂一般有下列幾種可能：

?　板階測試造成。 

一般的板階測試會使用針床之類的測試治具，如果針床治具上的應力分布不均就可能產生BGA錫球破裂的可能?？梢允褂脩?應變分析儀檢查。

?　PCBA成品組裝造成。 

有些設計不良的成品PCBA組裝作業，可能會彎折到電路板，這有可能是鎖螺絲、使用卡勾定位、成品機殼支撐電路板的機構未設計在同一水平面上…等原因所造成，也是可以使用應力-應變分析儀來檢查。

?　成品于客戶端因使用不小心而掉落地面的沖擊所造成板彎應力。 

這個也可以使用應力-應變分析儀來模擬落下時的變形量算出來。

?　因為環境溫度變化所造成的熱脹冷縮變形。 

這個原因比較少，因為在研發階段應該就可以抓出來，除非沒有徹底執行環境測試。

 

請記得如果是應力造成的錫球破裂當然會先從其最脆弱的地方開始破裂蘿，如果是SMT的reflow焊接沒有焊好，就應該會斷裂在BGA的錫球(ball)與電路板的焊墊之間，暫且不計材料氧化問題。如果是焊墊的設計太小導致無法承受太大的落下沖擊力時，就會造成電路板上的焊墊被拉扯下來的現象，其實這種現象也有可能是PCB廠商壓合不好造成。

建議先閱讀：如何判斷BGA掉件是SMT工廠制程或是設計問題?