BGA焊接同时发生空焊及短路可能的原因

之前在网路上有看过一个网友 PO 文说他们家在生产 BGA 时，总是容易发生短路及空焊，而且还都是新料。

一般来说BGA焊接同时会有空焊(insufficient solder, open solder joint)及短路(solder short, solder joint bridging)的情形并不多见，但也不是全无可能，就像第53期的「电路板会刊」，就刊出由于BGA载板及电路板由于热膨胀系数(CTE)差距过大，造成BGA载板的板边上翘，形成了类似「笑脸的曲线(simle-up)」，而电路板则因为TAL(Time Above Liquidus)过长，与回焊炉的上下炉温温差过大，两相交互作用下形成电路板板边下弯，造成了所谓的「哭脸曲线(cry-down)」。

如果这种哭、笑曲线同时严重变形时就很有机会形成BGA同时出现短路与空焊的现象，只是通常都是两者同时发生才比较容易出现这样的的问题。下图可以很明显看出来BGA的笑脸与印刷电路板上的哭脸强烈挤压BGA的焊球，以致几乎短路。一般来说，可以考虑降低迴焊炉昇温的斜率，或是将BGA预热烘烤，消除其热应力，或是要求BGA生产商使用更高的Tg…等方法来克服。

建议延伸阅读：何谓玻璃转移温度(Tg, Glass Transition Temperature)

另外一些BGA空焊的可能原因有：

• 电路板的焊垫或BGA锡球氧化。另外印刷电路板或BGA防潮不当，也会有类似问题。
• 锡膏过期 。
• 锡膏印刷不足。
• 温度曲线（profile）设定不良。建议在发生空焊处要量测炉温。另外昇温太快的时候也比较容易产生上述的哭、笑脸的问题。
• 设计问题。如Via-in-pad(通孔在垫)就会造成锡膏减少，其实也可能造成锡球空洞，吹涨锡球。(延伸阅读：导通孔在垫(Vias-in-pad)的处理原则)
• Head in Pillow（枕头效应）。此现象经常发生在上述的BGA载板或印刷电路板经过回流焊时变形(deformation)，当锡膏熔融的时候，BGA的锡球未接触到锡膏，在冷却的时候，BGA载板及电路板的变形减小，锡球回落接触到已经固化的锡膏。
  

而一般分析BGA空焊的方法不外乎下列几种（详细可以参考：BGA锡球缺点的几种检查方法）：

1. 用显微镜检查外围的BGA锡球，一般大概只能看最外围的一排锡球，就算使用fiber光纤，最多也只能检查到最外边的三排，而且越里面看得越不清楚。

2. X-Ray检查（如果可以使用「3D CT X-ray」扫描更好）。2D X-ray可以检查短路，想检查空焊就得看功力。如果是「3D CT X-ray」应该有机会看到空焊，只要X-ray可以侧个角度检查HIP应该也没有问题。

3. Red Dye Penetration (染红测试)。这是破坏性测试，非到不得已不用，可以看出断裂、空焊的地方，但需要细心有经验。

4. 切片（cross section）。这个方法也是破坏性测试，而且比染红测试更费工，算是将某一区域特别放大检查。

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延伸阅读：
如何判断BGA掉件是SMT工厂制程或是设计问题?
让通孔元件/传统插件也走迴焊炉制程(paste-in-hole)
SMT回流焊的温度曲线(Reflow Profile)解说与注意事项

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