如果你是个SMT工程师，那你一定用过X-Ray，也用它看过BGA的焊锡情况，可是你看来看去怎么觉得BGA的焊球(ball)都长得一样，你是如何判断BGA有没有空焊的呢？
我们一般人使用X-Ray大多只能看看焊锡有无短路(short)、少锡、气泡(void)等问题，但如果要用X-ray来判断BGA的锡球(ball)是否有空焊就有点难度，当然这里指的是2D的X-Ray，其实如果可以细心一点，其实还是可以找到一些蛛丝马迹来判断BGA锡球是否有空焊喔！
一般来说X-Ray照出来的影像都只是简单的2D投影画面（俯视图），用它来检查短路(short)很容易，但想用它来检查空焊可能就会难倒不少人，因为每颗BGA的锡球看起来几乎都是圆的，实在很难看出来有没有空焊或虚焊问题，虽然近年来也有号称可以照出3D影像的【3D X-Ray CT】确实可以检查出空焊及HIP/HoP虚焊的缺点，但是3D X-ray设备昂贵，找实验室照一次也所费不眦！而且扫描的速度慢，再说能否如商家所宣称的那么神奇，实在不敢妄想。
188金宝搏苹果下载 这里分享大家一个小撇步，如何用传统的2D平面X-Ray影像来判断BGA锡球是否有空焊、虚焊、HIp/HoP问题。
一、BGA锡球变大造成空焊
首先想想同一个BGA的锡球应该都是一样的大小，假设如果同一颗BGA中有某几颗锡球有空焊，而大部分锡球没有空焊的，你认为这两种焊锡的形状是否应该会有些不一样呢？答案是肯定的，试想同样体积的锡球经过压缩后，正常的焊锡应该会有一部份锡球的锡分散到PCB的焊垫(pad)上而使得焊球直径变小；但是，有空焊的锡球则不会，锡球经过压缩后反而会使锡球直径变大。
下图表示同样大小的锡球发生空焊时，锡球的直径反而会变大，当然最好比较一下正常板子的焊球是否都一样大，因为有些板子的设计会造成锡球变得比较小，后面会再详述。
另外，188金宝搏苹果下载 也认为这个锡球变大的现象与HIP(Head In Pillow，枕头效应)及NWO(Non-Wet-Open)不良现象有非常高的正相关，不过一般的HIP及NWO都很难用二维(2D)的X-Ray检查出来，因为其BGA球形的大小变化不大。
▼下图为实际的例子说明锡球直径变大，表示焊锡空焊(solder skip)或需焊。
▼从下面这张X-Ray的图片，你可以看得出来哪一颗BGA锡球空焊了吗？提示：可以运用一下上面教给你的方法～ 
▼现在188金宝搏苹果下载 帮你画几条直线你再看看是否有发现那一颗BGA的锡球比较大，有空焊的可能？再回去看一下上面那张图，确认看看你没有看走眼。其实真的就只差那么一点点！
还不过瘾吗，这里有个练习题，可以让你亲自体验一下「如何用2D的X-Ray实例演练检查BGA空焊问题」。
提醒一下，这个方法无法用来检查BGA锡球因为应力冲击而断裂的情况，因为这类BGA通常是焊接良好的板子经过应力冲击而破裂，无法比较其锡球大小来找出问题。
二、导通孔(vias)导至锡量不足的空焊
另外一种BGA空焊现象是锡量不足造成的，这种现象通常发生在焊垫有导通孔(via)的时候，因为锡球流经回流焊(Reflow)时，部分的锡会因为毛细现象(wicking)流进导通孔(via)而造成锡量不足，有时候既使导通孔已设计在焊垫旁但未始用防焊隔绝也会造成这样的问题。这时候从X-Ray上看出来的球体就会变小，锡量被导通孔吃掉太多就会造成空焊。通常我们不建议将导通孔设计在焊垫上，而焊垫旁的导通孔也要用绿漆(solder mask)盖起来，以后会讨论导通孔在垫(via in pad)的缺点及补救办法。
相关延伸阅读：导通孔在垫(Vias-in-pad)的缺点及处理原则
有些via-in-pad或via-on-pad虽然有电镀填孔，但是填孔后的dimple太深，也会造成类似问题。 
▼这是导通孔(via)摆在焊垫旁(solder pad)的不良设计，这种设计焊锡非常容易让熔融的液态锡流进通孔而造成锡量不足的空焊现象。 
三、锡球内有气泡产生空焊
还有一种BGA空焊形成的原因是锡球中有气泡(voids)，根据IPC7095 7.4.1.6的规范，一般电子业适用于 Class 1 ，其所有气泡的孔直径加起来，不可以超过BGA直径的60%。 如果气泡太大就会造成空焊或焊锡断裂的现象。(2010/11/22更正，一般电子产品应适用于Class 1，而非Class 3，另新增各种等级的解释)
Class 1：适用于一般消费性电子产品。BGA的气泡要求要不得大于60％(直径)或36％(面积)。Class 2：适用于商业/工业用的电子产品。BGA的气泡要求要不得大于42％(直径)或20.25％(面积)。Class 3：适用于军用/医疗用的电子产品。BGA的气泡要求要不得大于30％(直径)或9％(面积)。-
2012-Jul-01更新：根据 IPC-7095B 7.5.1.7规格更新，现在BGA锡球内的气泡标准统一要求要不得大于25%(直径)或6.25%(面积)。
▼锡球气泡大到足以影响焊接的品质，下图是锡球切片后的剖面，可以很明显看到气泡已经有锡球的 1/3 大了。 
▼这是由X-Ray照出来的锡球气泡，有些气泡已经大到 0.5d 了。 
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Hi 熊Sir：
想请教下，之前在别的论坛了解到空洞都是在管控25%，但是一直不清楚这个25%到底是按面积呢?还是直径？
新的7095D也没看到明确的哪里有规范空洞要怎么管控？
所以，请问您有更专业的解释吗？
Reply
ZCD,
你留言的这篇文章就有说明是「直径」。
Reply
请问有办法直接判断锡球是否氧化吗
如果氧化是能把他还原还是只能重新除锡植
球吗
Reply
roudlf,
可以使用沾锡天平来测试焊锡性，看是否有氧化。
已经氧化的焊锡能否还原？就我的瞭解，目前似乎没有更好的办法，轻微氧化的可以用酸性助焊剂，但是会日后伤害PCB。
Reply
我们公司在过DIP后也会拍X-ray确认吃锡
请问
X-ray照片中吃锡量的颜色有黑有灰
灰色是代表吃锡不饱满吗?还是气泡?
Reply
Sean,
X-Ray就是能量穿透的结果。
1. 如果同样的焊点或锡球，穿透过去的X-ray应该是一样的，所得到的黑色阴影也就一样。
2. 如果焊点或锡球的下面有其他的铜箔，有铜箔的位置穿透力就会变差，就会变得比较黑。如果背面有零件也是如此。
要有照片才比较清楚。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载
我是个在竹科工作的文组学生
您这边简单明瞭的介绍与叙述对我非常有帮助
冒昧请问您几个问题
像金属内发生的空洞我也有在注意是否能用非破坏性的方式量测到
我的状况是两片基板上各蒸镀不同的金属之后
金属对金属后高温高压进行bonding
但不知道为什么会偶发性的发生空洞~用FIB观察大约是20-40um左右
初步判定可能是基板蒸镀前污染或蒸镀后bonding前的表面污染
但污染很难用人眼抓出来，总怕会有漏网之鱼
所以想用量测的方式找出来，想请问您
1. 您所介绍的3D X-Ray CT有可能可以看到金属中20um的空洞吗
2. 请问国内有3D X-Ray的大学(或实验室是?)
3. 我们出现空洞的金属层整体厚度非常薄，大概10um以内，这样设备有可能对焦得到吗?
不好意思冒昧请教~ 先在这边谢过~
Reply
Fion,
1.目前量产型的3D X-Ray CT 应该没有符合你的需求的，而且不符合经济效益，学术研究的机器可以扫描到比较精细的裂缝，但是艘庙约精细的机器就越贵，而且扫描一次所花的时间就越多（几小时到几天），目前不太可能用来全检产线上产品的缝隙。
2.网路上找【3D X-Ray CT】应该就可以找到了。
3. 如问题1。对焦没有问题，就看你愿意花多少钱，但一般工业实验室应该是达不到你的要求，也可以直接找【3D X-Ray CT】代理商
Reply
熊大您好
不确定此问题留言在这边是否恰当!
请问BGA IC或是WCSP封装的IC为什么一定要有solder ball在上面, 不能像QFN IC直接沾上钢板印刷在PCB过后的锡膏过炉? 是因为锡量不够抑或是BGA PIN数太多?
Reply
Alex,
如果你仔细观察，QFN的焊点都在IC封装的四周，最多就事两排焊点，为什么？
焊点么？周，越多、越小就越难管控好其品质，焊接出来的不良率就会增加，维修的成本通常比正常生产的费用要高出三倍。
一般来说要在PCB上面印上更多的锡膏有许多的困难，而且PCB上面也不会只有BGA一颗零件，它必须照顾到所有大大小小的零件，如果PCB上面的锡膏印刷可以进步到点印，或更精准的锡膏控制量，或许可以考虑BGA不要事先植球，不过还有一个前提要克服，就是BGA的变形量，BGA一般採用载板，其耐热真的不太好，容易因为加热后就变形。
Reply
比对过良品的X-RAY，觉得大小差不多…目前是想先请PCB板厂是否可将PCB板上对应BGA铜箔面调整为差不多大小，因共地的部份，板厂说是整片的，并没有连结线路，所以那一整个面积的共地铜箔，都会显得特别大，我是有提出这样差异过大的铜箔面积，可能会影响到打件的良率，及应力可能会从较小的铜箔面先影响到。
Reply
建议：应该请PCB厂提供「残铜率」可做温度是否要提高？或时间延长？当然还是要做profile 量测！
Reply
Daniel,
残铜率确实会影响焊锡品质，只是这个残铜率不会每次都一样，当防焊印刷偏移时，残铜率就会跟着变更，尤其针对NSMD设计且铜面上直接连接线路(trace)时，这样的问题会更严重。
Reply
现在也遇到这个问题，烧机后才会出现异常的情形，使用热风REWORK BGA，就好了…用X-RAY来看，因PCB上设计的铜箔本身就有大有小，也不好判断空焊情形，增加了BGA四週点红胶制程，一样产生不良率，
Reply
William;
建议你可以再参考这一篇文章【用2D的X-Ray实例演练检查BGA空焊问题】。比较时要有一片良品版做比较。
如果光使用2D的X-Ray真的不容易看得出来空焊的问题，建议有2.5D或3D的X-Ray才比较有机会看到。
BGA四週点红胶，要防止的是焊接后应力造成锡裂，如果一开始已经空焊就没办法了。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载 ,
你好。请问下：我遇到有块板子有点微空焊现象，测试功能问题时可以判断有空焊问题；按压板子的一些部位板子功能也会消除问题。（估计有一定程度翘曲）做了红墨水实现也没有找个空焊的位置点，后来烘烤了问题就消除了，请问这种情况可能是什么原因啊？感谢。
Reply
张大为;
红墨水做不出来不太表就没有裂缝，首先红墨水的墨水选得对不对，其颗粒有没有细到可以渗透进裂缝，能不能留下痕迹，其次观察的人够不够仔细，这些在在都会影响到红墨水的结果。
如果重新加热熔接会好，大部分都是焊接的问题。
另外，如果已经确定按压板子会有功能消除的问题，原因有可能是1)BGA的焊接2)PCB内层开短路。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载 ,
请问 IPC-7095B 7.5.1.7 与 IPC-A-610E 针对void的规范有些不同.
IPC-A-610E 中并没有对void直径的规范, 只有规范不得佔总面积的25%.
请问应该以那一个standard为主? 这两个standard有什么差异吗?
感谢~
Reply
Ｗayne;
IPC-7095B 7.5.1.7Ｂ已经更新为不得大于25%(直径)或6.25%(面积)，应该不是总面积的25%。
两份规格应该是一样的。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载 ，
谢谢你的解析！可惜你提供的影片无法播放！
希望后续还能再向你请教！
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载 ,
询问过厂商：焊盘（PAD）与其旁边VIA孔间是有绿油阻隔的；正常情况下PAD点上的锡被绿油阻隔是无法流进VIA孔内!(备注此PCB为喷锡板）请问怎么解释PAD与VIA间绿油下的锡的由来？
喷锡板还碰到一种情况：光板PCB PAD锡厚在500微英寸下，但反面SMY贴装零件过回流焊后，正面PAD点上有像锡融化后类似水珠受重力影响未滴落球状锡点；致使此PAD点凸出，刷锡膏厚，锡厚超标，200微米以上；正面贴装零件过回流焊短路！严重的刷完锡膏后从SPI仪器中看出明显连锡现象！请帮忙分析!
不知道如何上传照片给你，无法让你看到不现象图片！
最后感谢你的回复！
Reply
Mike;
1. BGA与vias之间有绿油很好，但BGA IC下面所有的vias 应该全部都要用绿油覆盖填满，因为我们不知道BGA底下是否会有任何的异状产生，这些在BGA IC下面的vias应该也没有必要露出来，覆盖起来可免任何的意外产生。建议你看一下这篇文章瞭解一下BGA的融化过程。影片：BGA 回流焊焊接过程。
2. 喷锡版本身的锡即使没有印刷锡膏经过高温的reflow就会融化。建议你确认vias上面的锡多不多，如果不多就有可能是本身的喷锡融化而已。
3. 另外反面的锡珠也有可能是本身的喷锡所造成，一般精密的零件不建议使用 HASL 表面处理的板子，因为表面不平整，而且经过高温后会有融锡的现象。
4. 查询了维基上的资料，锡的熔点为231.93°C。一般无铅的制程peak温度可以高达250°C。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载 ,
请指教：BGA 空焊，经过X-Ray后发现PAD点旁边VIA孔存在锡
（与你诉说的焊垫VIA空现象相似），但无法照出明显锡流动痕迹！
拔取BGA发现PAD点旁VIA孔确实存在锡，但PAD点与VIA孔连锡段上面覆盖绿油！
相当费解！请帮忙解析！谢谢!
Reply
Mike;
1.BGA底下的所有vias建议用绿油(solder mask)覆盖，以避免类似锡桥、锡沾污的问题发生。
2.BGA 的锡球在高温熔融的过程中就类似水珠，上头的BGA重量会把锡球往下压，如果BGA IC的重量大过锡球所能承受的内聚力，锡球就会破裂，就有机会沾附到邻近的焊点，包含没有绿油覆盖的 vias。当温度重新回復到融点以下时，锡会因位内聚力的关系，把大部分的锡收缩回原来的锡球，可是如果邻近有焊点，内聚力小于焊点的拉力，就无法拉回。有些情况下即使没有焊点，也会因为锡珠分散太远而无法拉回，造成永久的锡珠。
Reply
很好的文章!
想找厂家做小批量BGA精准焊接(带x-ray检测、对位),有没有可以介绍的?
那些BGA每个1156个PADs左右.
自己做不来呀~
感激万分!
Reply
请教一下, crack是否有机会用X-Ray 来判断?
Reply
Joe;
用X-Ray来检查crack不是不可能，但必须很有经验，X-Ray机器还要够好，可以侧着方向来检查，还有有好的解析度。
Reply
我记得没错的话好像修正为25%跟IPC-610一样了!!
Reply
您所引用的IPC-7095 7.4.1.6相关资料，是2000年8月出版的，年代已很久远，对于气泡率的定义，与现今的技术和认知已有相当大的落差，我确认过该规范中并未定义气泡 Class I、II、III适用于哪一类产品…
您的文章对于SMT新手有相当大的助益，但建议您再参阅IPC-7095A与IPC-7095B，修正关于气泡率的文章内容。
Reply
Simon;
谢谢您的反馈，我会找资料再研究看看，如果您有整理好的内容，也欢迎与大家分享。
Reply
请问：
一般利用X-section观看气泡时，因为X-section的位置更不容易刚好在气泡的最大直径，加上气泡通常也不会发生在锡球的正中心。因此切割研磨的方式量测的值应该都比实际值来的小，请问气泡的直径和面积比例，适合用x-section的方式判断吗？
Reply
Frank;
就我的了解，一般的气泡都始使用X-Ray的检查的，而且现在有些X-Ray机器已经有附带可以直接计算气泡直径及面积的程式了，可以马上判断是否超规。
使用X-Section基本上只是为了说明方便，一般很少人会为了量测气泡而作切片的，通常只是附带参考用的。而且就如通同您所说的，如果没有磨到气泡的正中心，量起来的气泡可能会偏小，要痕有经验才行。
希望这样子有回答您的问题。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载
如果BGA锡球的气泡超过标准值,如何维修,请指点 谢谢
Reply
Kofi;
轻微的话，先试看看重新加热，看能不能消除。如果不行的话就要重新植球了。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载 ,
拜读您的文章让小的受益良多,感谢您无私地分享.
小的最近在工作上碰到LGA封装的SIP Module,请问LGA封装的SIP Module在不使用破坏性实验(红墨水/切片)的条件下,该如何判断是否空焊??
Reply
IPC 7095是BGA的设计与组装过程的实施其标准就如文章所列的标准
但是其Class I的标准有时客户会不认同(太过宽松)
而要求採用IPC 610的25%(面积)做为其检验的标准
至于要选用哪一种,端看贵公司的定义及客户的需求
当然,我有看过某公司内部定义为6%,我深感讶异!!
做消费型的产品却要求这么严格,当然不是不好
若是制程稳定度相当高的情况下是好的
若是在制程稳定度一般,却使用较严格的定义,无疑是增加维修成本
Reply
同意您的说法，基本上这些规格都是可以谈的，工业标准基本上可以参考，但还是要以公司的规定为准，因为每个产品的特性别不依样，要求也就会有所不同。
要注意的是不要因咽废食才好，有时候品质的无线上纲，会扼杀生产的动力。
Reply
您好,
我想请教一下,BGA underfill制程是否有人使用手动方式封胶?
以及一般封胶是几个面?若封胶后的BGA发生异常该如何解晰呢?
谢谢您~
Reply
Sten;
Sorry 啰!目前对BGA 的 underfill 还没有深入研究耶!
不过我也很有兴趣知道它的一些操作及注意事项，
如果你改天有了答案也要不吝分享喔!
Reply
我之前遇到产品在客户哪使用一段时间后
零件从PCB板上掉落
请问我要怎么分析
这异常是客户哪环境所造成(如震动)
还是原本制程焊接就已经不良
有询问过做切片分析的厂商
厂商说我得提供1片良品让它比对
请问有直接就能分析的方法吗
Reply
根据我的瞭解，判断BGA掉落的原因必需要先检查BGA掉落时焊球破裂的位置。1. 如果BGA掉落时，PCB上的焊垫还是完好，这样很有可能断裂面是发生在BGA的锡球或与其PCB接触的位置，那就很有可能是焊接不良造成的。造成焊接不良的可能原因有PCB焊垫或BGA锡球镀层表面氧化、迴焊炉的融锡温度不足、气泡(voids)存在BGA锡球…等。
2. 如果BGA掉落时，PCB上的焊垫是被拉扯掉的，也就是说PCB的焊垫黏在BGA锡球，这表示BGA的焊接应该是良好的，这很有可能来自PCB焊垫的大小、强度不足，或PCB的制程有问题，比如说ENIG PCB的黑铅/黑垫(black pad)。
但必须强调一点的，有时候很难直观的判断BGA掉落是属于工厂制程或是设计问题，以上只是可能原因。
Reply
感谢您提供的宝贵资料,另外一个问题请教,就是您知道哪里可以查询不同BGA包装銲接完成后可以承受的G值?
客户询问,为何BGA打件完成,须要进行点胶(or underfill)的动作…如果銲接品质良好,难道无法承受吗?请问您知道往哪个方向比较好查询相关的资料吗?感激
Reply
Chris;
Sorry!我不知道哪里可以查询到不同BGA包装的不同G值，无法提供给你参考。
就个人瞭解，Undrefill基本上用来填充于BGA或 CSP（Flip Chip）底下，用以提昇焊接的可靠性，以避免因为振动或落下造成的銲锡开裂，但这通常仅用在Fine pitch 且锡球(ball)较小的BGA零件及密度较高的CSP晶片。由此可知选用的Undrefill材质的CTE非常重要，必须配合锡膏、零件、与电路板。如果世新产品试验初期，你可以考虑同时制作添加及不添加Underfill的板子，一起做实验，看看两者有否差异，没有添加Underfill的板子是否可以通过信赖性实验等。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载
我有看到SMT厂商提供的X-Ray照片,上面有直接显示一个比例,想要请问一下,那个是面积还是直径?
Reply
Chris;
建议你自己拿把尺量看看吧然后做个计算吧！没有图片很难判断。不过一般都是量直径。
Reply
Chris;
要向你更正原本的 Class III等级为军用/医疗用产品才适用，一般的消费性电子产品则适用 Class I，BGA的气泡只要不大于 60%(直径)或36％(面积)就可以了。工业级的产品则适用 Class II。
文章造成你的困扰实在抱歉。
Reply
Dear 188金宝搏苹果下载
感谢您的专业文章,让小弟学到许多生产相关的知道,一个问题请教,根据根据IPC7095 7.4.1.6的规范，Class III,气泡总面积不能超过9%,但依据此确认我们的SMT供应商,她们却告知这个难以达成,是否合理?
再次感谢您愿意分享许多宝贵的知识,再次感激
Reply
Chris;
你有特别告知SMT厂商，9%是面积而不是直径？一般人都是以直径来定义，你用面积可能会引起误解。
Reply
Chris;
你的文笔比较好耶！我可以照你的文字更新？
Reply
“还有一种BGA空焊形成的原因是锡球中有气泡(voids)，根据IPC7095 7.4.1.6的规范，一般电子业适用于 Class III 的总气孔直径要求需<30%。 如果气泡太大就会造成空焊或焊锡断裂的现象。"
您这里讲的规范是否是说,所有气泡的直径加起来,不能超过BGA球直径的30%
Reply